亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于磁信標(biāo)的水平定向鉆進(jìn)導(dǎo)向技術(shù)研究

        2023-09-27 05:16:40祖雨彤胡遠(yuǎn)彪
        煤田地質(zhì)與勘探 2023年9期
        關(guān)鍵詞:零速磁強(qiáng)計(jì)信標(biāo)

        祖雨彤,王 璐,鞏 達(dá),胡遠(yuǎn)彪

        (1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院,北京 100083;2.自然資源部深部地質(zhì)鉆探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083)

        非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)是市政管線鋪設(shè)、煤礦地質(zhì)異常體探測、瓦斯抽采防治以及長距離山體水平勘查的有效手段[1]。水平定向鉆進(jìn)施工流程是利用鉆機(jī)在入口處開始導(dǎo)向鉆進(jìn),鉆進(jìn)過程中監(jiān)控鉆頭姿態(tài)和空間位置參數(shù),通過控制手段使鉆孔按設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)成孔,再利用擴(kuò)孔設(shè)備實(shí)現(xiàn)分級擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)直徑,最后實(shí)施管道回拉敷設(shè)[2]。實(shí)現(xiàn)水平定向鉆進(jìn)精確導(dǎo)向,對提高鉆進(jìn)效率,避免孔壁坍塌,降低鉆進(jìn)成本具有重要意義[3]。

        目前,常用的水平定向鉆進(jìn)導(dǎo)向測量方法分為格柵磁場導(dǎo)向方法、手持式導(dǎo)向儀和隨鉆測量系統(tǒng)三種。劉金禎[4]等人提出的格柵磁場導(dǎo)向方法通過在鉆孔軌跡上方的地面布置多個通電線框并標(biāo)定幾何形狀,產(chǎn)生固定磁場,利用底部鉆具中的信號棒測量磁場強(qiáng)度進(jìn)行鉆頭位置計(jì)算,該方法可以有效屏蔽環(huán)境磁場對信號棒的干擾,測量距離深,但對于河流、沼澤等無法布置通電線框的施工場地,該方法無法應(yīng)用。手持式導(dǎo)向儀目前是美國Ditch Witch 公司的Subsite 系統(tǒng)、Digital Control Inc.公司的獵鷹系統(tǒng)較為先進(jìn),該方法通過在底部鉆具上安裝低頻電磁場信號發(fā)射源,利用手持地面雷達(dá)進(jìn)行信號強(qiáng)度檢測并進(jìn)行位置計(jì)算,該方法設(shè)備簡單,無線測量操作方便,但存在探測深度淺,受環(huán)境磁場干擾嚴(yán)重的問題[5]。隨鉆測量系統(tǒng)是由三軸磁強(qiáng)計(jì)和三軸加速度計(jì)進(jìn)行姿態(tài)測量,根據(jù)鉆探進(jìn)尺遞推鉆頭位置坐標(biāo),該方法可以對鉆頭姿態(tài)和鉆孔軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,操作簡單,但存在受環(huán)境磁場干擾嚴(yán)重,累計(jì)誤差大,測量精度不足的問題[6]。針對上述問題,提出了一種基于磁信標(biāo)的水平定向鉆進(jìn)位置測量和姿態(tài)測量方法。

        磁信標(biāo)定位技術(shù),已經(jīng)在軍用和水下定位領(lǐng)域展開應(yīng)用[7-8],該技術(shù)通過設(shè)置通電螺線圈或旋轉(zhuǎn)永磁體發(fā)射具有強(qiáng)穿透力的低頻磁場信號,利用磁強(qiáng)計(jì)對磁信號進(jìn)行接收并解算,實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)載體的定位,具有強(qiáng)魯棒性、高穩(wěn)定性以及高抗干擾性的優(yōu)點(diǎn)[9]。因此,針對水平定向鉆進(jìn)施工特點(diǎn),采用磁信標(biāo)定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)和多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)[10],以期實(shí)現(xiàn)一種對施工場地條件要求低,受環(huán)境磁場干擾小,適用范圍廣,測量精度高的水平定向鉆進(jìn)導(dǎo)向方法。通過開展磁信標(biāo)和測量陣列功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,以達(dá)到水平定向鉆進(jìn)底部鉆具姿態(tài)和位置的實(shí)時(shí)高精度測量的目的。為提高非開挖水平定向鉆進(jìn)適用范圍和定位精度,水平定向鉆進(jìn)導(dǎo)向技術(shù)向自動化和智能化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

        1 基于磁信標(biāo)測量陣列的位置測量方法

        基于磁場梯度張量不變量定位方法,可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位[10],測量的構(gòu)型采用十字形的較多[11]。但由于地磁場的存在,很難準(zhǔn)確測量出地面磁信標(biāo)在測點(diǎn)處的真實(shí)值。因此,為了消除水平定向鉆進(jìn)中地磁場等干擾磁場的影響,提出一種基于磁信標(biāo)的三階磁梯度張量目標(biāo)定位方法,通過差分處理對磁場梯度張量定位方法進(jìn)行改進(jìn)[12-13]。

        圖1 中,對測量陣列中的三軸磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行編號,分別為0、1、2、3、4、5,共計(jì)6 個三軸磁強(qiáng)計(jì),按圖1 所示排列,下文采用F0、F1、F2、F3、F4、F5代表磁強(qiáng)計(jì),其中x、y軸處于同一平面,z軸指向大地,間隔距離為L。分別對x、y、z求導(dǎo)。

        圖1 基于三階磁梯度張量的測量陣列Fig.1 Measurement array based on the third-order magnetic gradient tensor

        式中:Bxi、Byi、Bzi為i號磁強(qiáng)計(jì)磁場強(qiáng)度分量值;Bxxx、Bxyx、Bxzx、Byxy、Byyy、Byzy、Bzxz、Bzyz、Bzzz為磁強(qiáng)計(jì)磁場強(qiáng)度的三階導(dǎo)數(shù)值;Bxxxi、Bxyxi、Bxzxi、Byxyi、Byyyi、Byzyi、Bzxzi、Bzyzi、Bzzzi為i號磁強(qiáng)計(jì)磁場強(qiáng)度的三階導(dǎo)數(shù)值;Bxx、Byy、Bzz為i號磁強(qiáng)計(jì)磁梯度張量值,(i=0,1,2,3,4,5)。由麥克斯韋方程組可知,磁場的散度及旋度為零,張量矩陣具有無跡性與對稱性,因此Bxyx=Byxx,Bxzx=Bzxx,Byxy=Bxyy,Byzy=Bzyy。以磁強(qiáng)計(jì)F0、F2、F4為例,計(jì)算Byxy0、Byyy0、Byzy0、Byy0。磁強(qiáng)計(jì)F0、F2、F4的y軸分量為By0、By2、By4。其中,By0=By(y0),By2=By(y0-L),By4=By(y0+L)。y0為磁強(qiáng)計(jì)F0的y軸位置坐標(biāo),在磁偶極子模型中,誤差余項(xiàng)較小,忽略此項(xiàng)后有:

        根據(jù)式(1)和Bxx+Byy+Bzz=0可知:

        由以上各式可得測量陣列測得的位置信息:

        式(6)是利用三階求導(dǎo)的位置測量方法將所有量都轉(zhuǎn)成了磁場分量,消除了矢量項(xiàng),在很大程度上消除了地磁場和其他磁場的干擾。

        2 基于卡爾曼濾波的姿態(tài)測量算法

        利用磁信標(biāo)和測量陣列得到底部鉆具位置后,再通過陀螺儀和加速度計(jì)構(gòu)成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)測量。由于導(dǎo)航系統(tǒng)中通過積分遞推計(jì)算,陀螺儀的誤差會隨著時(shí)間累積;加速度計(jì)處于振動等動態(tài)環(huán)境下,測量結(jié)果也會有誤差,但不會隨時(shí)間累積;同時(shí),磁場的變化會引起磁強(qiáng)計(jì)測量值的誤差。因此,為了修正導(dǎo)航系統(tǒng)中的誤差,采用卡爾曼濾波進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合,利用外部量測信息來修正導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差[14]。首先將本文導(dǎo)航系統(tǒng)中涉及到的坐標(biāo)系定義如圖2 所示。

        圖2 各坐標(biāo)系Fig.2 Coordinate systems

        圖3 姿態(tài)測量傳感器安裝方法及坐標(biāo)系建立Fig.3 Installation method of attitude measurement sensor and establishment of coordinate system

        本文選取“北–東–地”地理坐標(biāo)系作為導(dǎo)航參考坐標(biāo)系,用onxnynzn表示,onxn軸指向地理北向,onyn軸指向地理東向,onzn軸垂直于當(dāng)?shù)貦E球面指向地心;是慣導(dǎo)系統(tǒng)在求解導(dǎo)航參數(shù)時(shí)所采用的參考坐標(biāo)系。

        2)載體坐標(biāo)系

        載體坐標(biāo)系用obxbybzb表示,選擇MEMS 傳感器的中點(diǎn)為載體坐標(biāo)系原點(diǎn),obxb軸指向底部鉆具的正左方,obyb指 向底部鉆具的正前方,obzb軸指向底部鉆具的正下方,構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)右手系,記為b系。

        根據(jù)水平定向鉆進(jìn)過程中的運(yùn)動特征和工作環(huán)境[15],設(shè)計(jì)了卡爾曼濾波模型的狀態(tài)方程和量測方程。

        2.1 狀態(tài)方程的建立

        基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差方程建立了15 維的Kalman 濾波模型,狀態(tài)方程如下:

        式中:X為狀態(tài)量;F為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣;W為系統(tǒng)噪聲;G為15 維單位矩陣,是系統(tǒng)噪聲轉(zhuǎn)移矩陣,其中狀態(tài)量選取北東地導(dǎo)航坐標(biāo)系中的姿態(tài)誤差、速度誤差、位置誤差、陀螺儀常值零偏和加速度計(jì)常值零偏:

        1)導(dǎo)航坐標(biāo)系

        式中:δθ,δα,δφ分別為傾角、工具面角和方位角誤差;δvN,δvE,δvD分別為北、東、地方向上的速度誤差;δL,δλ,δh分別為緯度、經(jīng)度、深度的位置誤差;分別為陀螺儀和加速度計(jì)沿載體坐標(biāo)系三軸方向上的零偏。

        2.2 量測方程的建立

        對于水平定向鉆進(jìn)的姿態(tài)測量包括鉆進(jìn)過程中的動態(tài)測量和停鉆的靜態(tài)測量,根據(jù)水平定向鉆進(jìn)的施工特點(diǎn),本文在動態(tài)情況下利用xb軸速度為零的準(zhǔn)零速信息,在靜態(tài)情況下利用三軸速度為零的零速信息以及磁信標(biāo)測量陣列測得位置信息、磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)得到的姿態(tài)信息,對慣性測量解算的結(jié)果進(jìn)行修正。建立量測方程如下:

        式中:Zk為量測量;Hk為量測轉(zhuǎn)移矩陣;k為當(dāng)前狀態(tài)(k=1為頂進(jìn)狀態(tài),k=2 為靜止?fàn)顟B(tài));υ為量測噪聲。

        1)準(zhǔn)零速修正

        準(zhǔn)零速是指當(dāng)載體坐標(biāo)系相對于導(dǎo)航坐標(biāo)系某一方向上的運(yùn)動速度始終為零,根據(jù)動態(tài)零速修正非完整約束條件,理想情況下,水平定向鉆進(jìn)坐標(biāo)系xb軸速度為0,但實(shí)際上由于慣性導(dǎo)航存在姿態(tài)漂移和振動干擾[16-17],其輸出載體坐標(biāo)系下xb軸速度不為0。北東地坐標(biāo)系n下的速度vn到載體坐標(biāo)系下的速度vb轉(zhuǎn)換表達(dá)式為:

        其中,E為三階單位矩陣,

        因此,xb軸準(zhǔn)零速修正的速度誤差可表示為:

        2)零速修正

        水平定向鉆進(jìn)施工期間,會有更換鉆桿的靜止時(shí)間,這時(shí)水平定向鉆進(jìn)底部鉆具的3 個方向速度為0,由于導(dǎo)航解算中高度通道不穩(wěn)定,不考慮慣導(dǎo)解算出的高度方向速度VD[18]。選取北東地導(dǎo)航坐標(biāo)系下東、北方向速度誤差δ、作為量測量:

        3)磁信標(biāo)測量陣列位置測量信息

        根據(jù)底部鉆具上的測量陣列可以在靜止時(shí)測量到當(dāng)前底部鉆具的位置鉆進(jìn)的入口處測量陣列的測得位置為。因此,底部鉆具的位置信息為:

        式中:L0、λ0分別為起始時(shí)刻測量陣列安裝的緯度、經(jīng)度信息;R1和R2分別為當(dāng)?shù)氐厍虻淖游缛兔先Π霃?;hM為當(dāng)前高度。

        4)基于加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)的姿態(tài)測量信息

        將本節(jié)得到4 項(xiàng)量測信息:準(zhǔn)零速信息、零速信息、磁信標(biāo)測量陣列位置測量信息以及加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)的姿態(tài)測量信息,輸入到卡爾曼濾波器中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,算法流程如圖4 所示。圖中,MEMS-IMU 指微機(jī)電慣性測量元件,DZUPT 為準(zhǔn)零速修正,ZUPT為零速修正,[x,y,z]為磁信標(biāo)測量陣列測得的位置信息。

        圖4 基于卡爾曼濾波的姿態(tài)測量算法流程Fig.4 Process flow of Kalman filter-based attitude measurement

        動態(tài)時(shí)采用的量測量為Z1:

        靜態(tài)采用的量測量為Z2,式中下標(biāo)IMU 指MEMSIMU 慣性解算得到的姿態(tài)、位置和速度。

        3 模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

        3.1 磁信標(biāo)仿真與設(shè)計(jì)

        利用COMSOL 物理場仿真軟件模擬磁信標(biāo)磁場分布,仿真參數(shù)為單層密繞,磁信標(biāo)磁芯長度為800 mm,直徑為70 mm,密繞漆包線長度為600 mm。

        漆包線線徑相對磁信標(biāo)橫截面直徑小得多,若進(jìn)行多層密繞,可認(rèn)為磁信標(biāo)產(chǎn)生磁場強(qiáng)度是疊加的,若采用n層密繞,磁信標(biāo)產(chǎn)生磁場強(qiáng)度是單層密繞磁信標(biāo)產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的n倍。本文仿真中n值取1,相對磁導(dǎo)率為10 000,根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,仿真結(jié)果如圖5 所示。

        圖5 加入磁芯的磁信標(biāo)磁場分布Fig.5 Magnetic field distribution of a magnetic beacon with a magnetic core

        仿真結(jié)果顯示,磁信標(biāo)中心產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度到達(dá)到2×108nT,仿真磁信標(biāo)的空間磁場大小見表1。磁感應(yīng)強(qiáng)度在距離磁信標(biāo)原點(diǎn)10 m 處軸向磁場強(qiáng)度為54 nT,可以被磁強(qiáng)計(jì)測量到。同時(shí)考慮到一般鉆進(jìn)距離、安全性和便攜性,本文設(shè)計(jì)的磁信標(biāo)的主要參數(shù)為4 層密繞漆包線,漆包線直徑為2.2 mm,密繞長度為600 mm,單層為250 匝,磁芯長度為800 mm、磁芯直徑為70 mm,相對磁導(dǎo)率為10 000。制作的磁信標(biāo)經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際測量,磁場強(qiáng)度滿足要求。

        表1 磁信標(biāo)空間位置磁場強(qiáng)度Table 1 Magnetic field strength at the spatial position of the magnetic beacon

        3.2 場景模擬實(shí)驗(yàn)

        為驗(yàn)證本文提出算法和設(shè)計(jì)磁信標(biāo)的精度和可行性,進(jìn)行了位置和姿態(tài)的場景模擬實(shí)驗(yàn)。

        3.2.1 位置測量實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果分析

        位置測量實(shí)驗(yàn)場地選擇在變化磁場相對較少的空曠操場上,如圖6 所示。磁信標(biāo)架設(shè)在距離地面2.2 m處,以磁信標(biāo)中心為原點(diǎn)建立參考坐標(biāo)系oxyz,軸向?yàn)閤軸,徑向?yàn)閥軸。

        圖6 定位測量實(shí)驗(yàn)Fig.6 Position measurement experiments

        測量方案如下:沿y軸方向共設(shè)置101 個測點(diǎn),等距排列,間隔距離為20 cm,測量范圍為y=±10 m,測點(diǎn)均位于距離x軸3 m 處。采用手持式激光測距儀測量每個測點(diǎn)位置作為真實(shí)值。根據(jù)場地磁信標(biāo)布置位置,采用米尺劃定y軸方向測量范圍,并標(biāo)記101 個測點(diǎn)的位置,方便后續(xù)測量,按照測點(diǎn)依次排放測量陣列,按照三階磁梯度張量定位算法,正反接入電源進(jìn)行測量,得到位置的測量值,再利用手持激光儀測量真實(shí)值。實(shí)驗(yàn)中為保證位置真實(shí)值測量準(zhǔn)確,采用的手持激光儀的參數(shù)見表2。

        表2 手持式激光測距儀技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of the handheld laser range finder

        根據(jù)設(shè)計(jì)的磁信標(biāo)在10 m 處產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度,可以被測量陣列所用磁強(qiáng)計(jì)敏感到,本文所用磁強(qiáng)計(jì)型號為RM3100,參數(shù)見表3。

        表3 測量陣列中磁強(qiáng)計(jì)技術(shù)參數(shù)Table 3 Technical parameters of the magnetometer in the measurement array

        測量實(shí)驗(yàn)x、y、z軸誤差如圖7-圖9 所示。

        圖7 x 軸方向誤差Fig.7 Error in x-axis direction

        圖8 y 軸方向誤差Fig.8 Error in y-axis direction

        圖9 z 軸方向誤差Fig.9 Error in z-axis direction

        根據(jù)位置測量結(jié)果,測量值和真實(shí)值的差值為測量誤差,相對誤差為測量誤差相對于各測量軸方向總長度所得長度乘以100%。以x軸 為例,本次實(shí)驗(yàn)的x軸測量距離為3 m,所測得的最大誤差為0.278 m,最大相對誤差為 0.278÷3×100%=9.27%,101 個測點(diǎn)的平均誤差為 0.135 m,平均相對誤差為0.135÷3×100%=4.52%,其余各軸同理計(jì)算,x、y、z軸誤差見表4。

        表4 各軸誤差Table 4 Error of various axes

        經(jīng)位置實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提出的基于三階磁梯度張量的位置測量方法的三軸平均相對誤差為(4.52+3.06+6.14)÷3×100%=4.57%,滿足工程的需要。位置測量實(shí)驗(yàn)表明距離磁信標(biāo)位置越近,定位誤差越小,可以通過提升測量陣列磁強(qiáng)計(jì)和磁信標(biāo)測量精度和磁場強(qiáng)度,提升測量距離。

        3.2.2 姿態(tài)測量實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果分析

        姿態(tài)測量實(shí)驗(yàn)采用的MEMS 傳感器型號為XNA100C,加速度計(jì)和陀螺儀技術(shù)相關(guān)參數(shù)見表5。

        表5 測量陣列中加速度計(jì)和陀螺儀技術(shù)參數(shù)Table 5 Technical parameters of accelerometer and gyroscope in the measurement array

        姿態(tài)測量實(shí)驗(yàn)將MEMS 傳感器固定在Wi-Fi 履帶機(jī)器人上模擬鉆進(jìn)過程中的姿態(tài)變化(圖10)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定姿態(tài)測量軌道長度為12.6 m,考慮到水平定向鉆進(jìn)主要進(jìn)行豎直方向的造斜,以及實(shí)驗(yàn)場地限制,實(shí)驗(yàn)主要模擬了傾角和方位角變化。

        圖10 姿態(tài)測量實(shí)驗(yàn)Fig.10 Attitude measurement experiment

        設(shè)置模擬鉆進(jìn)速度為0.07 m/s,總行進(jìn)時(shí)長180 s,兩端坡度為16°。具體鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表6。

        表6 實(shí)驗(yàn)中軌跡參數(shù)設(shè)置Table 6 Trajectory parameter settings in the experiments

        傳感器開機(jī)穩(wěn)定后按照設(shè)定軌跡模擬鉆進(jìn)。對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合,得到傾角、工具面角和方位角3 個姿態(tài)角的最優(yōu)估計(jì)值如圖11-圖13。圖中,紅色曲線是陀螺儀解算出的姿態(tài)角,綠色曲線是加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)算得到的姿態(tài)角,藍(lán)色曲線是經(jīng)過多源數(shù)據(jù)融合之后得到姿態(tài)角。

        圖11 傾角的測量結(jié)果Fig.11 Measurement results of inclination angle

        圖11 為傾角的測量結(jié)果。從圖中可以看出,陀螺儀解算的傾角隨時(shí)間發(fā)生了明顯的漂移;磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)解算的傾角受環(huán)境影響,測量噪聲大;采用本文提出的多源數(shù)據(jù)融合算法解算的傾角可以看出,傾角由16°變?yōu)?°再變?yōu)?16°,與表6 中設(shè)置的傾角參數(shù)一致,且測量誤差小于0.3°說明了本方法的有效性。

        圖12 為工具面角的測量結(jié)果。從圖中可以看出,陀螺儀解算的工具面角隨時(shí)間發(fā)生了明顯的漂移,并且存在10°左右的波動;磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)解算的工具面角沒有發(fā)生明顯漂移,但與真實(shí)值相差較多,采用多源數(shù)據(jù)融合算法解算的工具面角,與真實(shí)值0°基本一致,測量誤差小于0.7°,但測量場地不是完全水平的,會造成工具面角在誤差允許范圍±0.5°的小范圍內(nèi)波動。

        圖12 工具面角的測量結(jié)果Fig.12 Measurement results of tool face angle

        圖13 為方位角的測量結(jié)果。從圖中可以看出,陀螺儀解算的方位角有實(shí)驗(yàn)設(shè)定值的對應(yīng)變化趨勢,但隨時(shí)間發(fā)生了明顯的漂移;磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)解算的方位角有很大的波動,噪聲完全淹沒了有效信息;采用多源數(shù)據(jù)融合算法解算的方位角,在0~70 s、140~180 s在0°附近波動,75~100 s 在15°附近波動,105~120 s在-5°附近波動,125~140 s 在-20°附近波動,與實(shí)驗(yàn)設(shè)定基本一致,測量誤差小于1°,驗(yàn)證了本文方法的正確性和有效性,但前70 s 的部分與實(shí)驗(yàn)設(shè)定相比偏移較大,主要原因是在操控小車沿設(shè)定軌跡行駛時(shí)進(jìn)行了小的方向調(diào)整。三個姿態(tài)角中方位角相對于其他兩個角的測量誤差較大,這主要由于在導(dǎo)航解算系統(tǒng)中,融合數(shù)據(jù)對方位角修正效果相比其他兩個角較弱,但測量精度滿足水平定向鉆進(jìn)工程實(shí)際應(yīng)用的需求。

        圖13 方位角的測量結(jié)果Fig.13 Measurement results of azimuth angle

        4 結(jié)論

        a.設(shè)計(jì)了一種底部鉆具的測量陣列,提出了基于三階張量的磁梯度張量目標(biāo)定位方法,來消除水平定向鉆進(jìn)位置算法中地磁場的干擾,并通過仿真確定了磁信標(biāo)的參數(shù),制作了滿足磁場強(qiáng)度的磁信標(biāo)。

        b.通過提出采用多源數(shù)據(jù)融合的姿態(tài)測量方法,將磁信標(biāo)測量陣列位置信息、加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)的姿態(tài)信息以及準(zhǔn)零速、零速信息進(jìn)行卡爾曼濾波融合,來修正導(dǎo)航系統(tǒng)中的姿態(tài)誤差,得到最優(yōu)估計(jì)角度。

        c.通過位置測量實(shí)驗(yàn),在20 m 范圍內(nèi)取101 個測點(diǎn)進(jìn)行基于三階磁梯度張量算法的位置計(jì)算。結(jié)果表明,位置測量三軸的平均相對誤差為4.57%,在距離磁信標(biāo)越遠(yuǎn)處測量誤差越大,為保證遠(yuǎn)距離的測量精度,可以提升磁信標(biāo)磁場強(qiáng)度或使用高精度的磁強(qiáng)計(jì),還可以通過增設(shè)磁信標(biāo)延長測量距離。

        d.姿態(tài)測量實(shí)驗(yàn)利用履帶機(jī)器人作為載體,進(jìn)行連續(xù)鉆進(jìn)姿態(tài)角解算實(shí)驗(yàn),傾角、工具面角和方位角的誤差值在1°以內(nèi),證明了姿態(tài)算法的準(zhǔn)確性和卡爾曼濾波效果的有效性。測量精度滿足水平定向鉆進(jìn)的要求。本研究暫未進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),今后將進(jìn)一步將測量陣列結(jié)構(gòu)化,設(shè)計(jì)適用于水平定向鉆進(jìn)的測量短節(jié),為水平定向鉆進(jìn)提供一種高精度導(dǎo)向測量技術(shù)。

        猜你喜歡
        零速磁強(qiáng)計(jì)信標(biāo)
        GRU-DNN改進(jìn)的行人導(dǎo)航零速檢測方法
        基于零速修正與姿態(tài)自觀測的慣性行人導(dǎo)航算法
        磁強(qiáng)計(jì)陣列測量一致性校正
        城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)的零速信號和非零速信號方案選用及安全性分析
        基于矢量磁強(qiáng)計(jì)的磁場梯度張量儀誤差校正方法
        組合導(dǎo)航中磁強(qiáng)計(jì)干擾估計(jì)與補(bǔ)償方法
        基于LabVIEW的微型磁通門磁強(qiáng)計(jì)測試系統(tǒng)搭建
        RFID電子信標(biāo)在車-地聯(lián)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
        一種優(yōu)化的零速檢測行人導(dǎo)航算法
        基于信標(biāo)的多Agent系統(tǒng)的移動位置研究
        狠狠的干性视频| 日韩极品免费在线观看| 国产精品麻豆一区二区三区| 欧洲美熟女乱又伦av影片| ā片在线观看免费观看| 久久精品免费一区二区喷潮| 视频精品亚洲一区二区| 91精品久久久老熟女91精品| 三年的高清电影免费看| 欧美真人性做爰一二区| 69堂在线无码视频2020| 亚洲日本中文字幕乱码在线| 免费看又色又爽又黄的国产软件| 一群黑人大战亚裔女在线播放| 国产精品视频一区二区三区,| 自拍视频在线观看国产| 国内精品久久久久伊人av| a在线观看免费网站大全| 亚洲色无码中文字幕| 日本免费一区二区在线看片| av中文字幕潮喷人妻系列| 男人扒开女人双腿猛进女人机机里 | 谁有在线观看av中文| 国产精品熟女视频一区二区三区 | 午夜亚洲www湿好爽| 欧美日韩中文亚洲另类春色| av人妻在线一区二区三区| 国产欧美精品一区二区三区四区 | 性色av无码不卡中文字幕| 精品国产午夜久久久久九九| 中文乱码字幕在线亚洲av| 少妇精品无码一区二区三区| 国产精品-区区久久久狼| 亚洲精品一区二区在线播放| 国产亚洲精品品视频在线| 40岁大乳的熟妇在线观看 | 美女视频一区二区三区在线| 亚洲av无码一区二区三区不卡| 日韩AV无码一区二区三| 久久精品国产亚洲av沈先生| 亚洲日韩精品一区二区三区无码 |