[发明专利]小角度井斜姿态测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种小角度井斜姿态测量方法及装置，将常规的正交测量坐标系OXYZ绕Y轴旋转θ角得到新的测量仪器坐标系OX0Y0Z0，即将X加速度计绕Y轴旋转θ角，Z加速度计同时也绕Y轴旋转θ角，X加速度计与Z加速度计仍然保持正交，Y加速度计方位不变，然后根据新的测量仪器坐标系下加速度计输出的值，通过坐标变换公式得到常规的正交测量坐标系OXYZ下加速度计输出的值，本发明采用非正交坐标系，使垂直小角度井斜时测量传感器工作在线性度最好的区域，其输出有较大的输出幅度，可避免信号淹没，减小传感器的非线性失真，提高信号的精确度，得出精确的小角度井斜姿态测量结果。

主权项

1.一种小角度井斜姿态测量方法，利用捷联式惯性导航平台来实现姿态测量，平台上有三个轴向安装、互相垂直但不相交的加速度计，三个加速度计分别为X加速度计，Y加速度计和Z加速度计，X加速度计方向沿当地子午线指北，Y加速度计方向沿当地纬线指西，Z加速度计方向沿当地地垂线指天，XY面为当地水平面，XZ面为当地子午面，即通常的北西天坐标系，其特征在于，首先，以位于中间位置的加速度计检测元件的中心O为原点，以通过点O且平行于X加速度计的直线为X轴，以通过点O且平行于Y加速度计的方向为Y轴，以通过点O且平行于Z加速度计的方向为Z轴，建立常规的正交测量仪器坐标系OXYZ；然后，将常规的正交测量仪器坐标系OXYZ绕Y轴逆时针或顺时针旋转θ角，30°≤θ≤60°，得到新的测量仪器坐标系OX₀Y₀Z₀，即将X加速度计绕Y轴逆时针或顺时针旋转θ角，Z加速度计同时也绕Y轴逆时针或顺时针旋转θ角，30°≤θ≤60°，Y加速度计方位不变，其中X加速度计、Y加速度计和Z加速度计的检测元件的中心始终在同一直线上；接着，根据非正交的测量仪器坐标系OX₀Y₀Z₀下各加速度计的测量结果，和公式计算常规的正交测量坐标系OXYZ下加速度计输出的值，其中G′_x指坐标系OX₀Y₀Z₀下X加速度计输出的值，G′_y指坐标系OX₀Y₀Z₀下Y加速度计输出的值，G′_z指坐标系OX₀Y₀Z₀下Z加速度计输出的值，θ指旋转的角度，G_x指坐标系OXYZ下X加速度计输出的值，G_y指坐标系OXYZ下Y加速度计输出的值，G_z指坐标系OXYZ下Z加速度计输出的值；最后，定义仪器斜角I为仪器的三个加速度计的中心轴线与指向地心的重力矢量的夹角，工具面角T为从正交坐标系下的重力铅垂面指北方向旋转到仪器三轴加速度计中心轴线的铅垂面上倾方向的夹角，再由T＝arctg(G_y/G_x)和I＝arccos(-G_Z/g)＝90°+arcsin(G_z/g)或计算得到相应的仪器斜角I和工具面角T，而井斜角等于仪器斜角I，故可得出井斜姿态。