[发明专利]一种用于油气管道轨迹测绘的后处理组合导航方法

摘要

本发明提供一种用于油气管道轨迹测绘的后处理组合导航方法。本发明利用捷联惯导、航位推算以及定点的GPS信号进行组合导航在没有GPS修正点处，进行捷联惯导\航位推算组合导航；在GPS修正点处，进行捷联惯导\航位推算\GPS组合导航。利用卡尔曼滤波器对捷联惯导系统误差、姿态角误差以及里程计标度因数误差进行补偿，同时利用系统数据处理非实时的特点，对系统各项误差进行重复估计并补偿，直至系统误差小于设定的门限值，有效的提高了系统定位精度，满足实际工程需要。

主权项

1.一种用于油气管道轨迹测绘的后处理组合导航方法，其特征在于，在每个捷联惯导系统采样周期内：步骤1，判断系统时间是否小于最后一个GPS点时间，如果否，结束测绘，如果是进行下一步；步骤2，捷联惯导解算，获得所述捷联惯导系统的姿态、速度、位置，由捷联惯导解算公式得出所述捷联惯导系统误差方程；步骤3，航位推算，利用所述捷联惯导解算的姿态角和里程计标度因数进行所述航位推算，获得所述航位推算速度和位置，由航位推算解算公式得出航位推算误差方程；步骤4，利用所述捷联惯导系统误差方程和所述航位推算误差方程建立卡尔曼滤波模型：组合导航系统状态方程为：X·SINS/DR=FXSINS/DR+Gω---(1)]]>组合导航系统观测方程为：Z_k＝H_kX_SINS/DR+v_k    (2)上述方程(1)中：XSINS/DR=φδVnδPϵ▿δPDδSFT,]]>其中φ＝[φ_E φ_N φ_U]为系统姿态角误差，φ_E、φ_N、φ_U分别为捷联惯导系统横滚、俯仰、航向角；为捷联惯导系统速度误差，δP＝[δλ δL δh]为捷联惯导系统位置误差，δλ、δL、δh分别为捷联惯导系统纬度、经度、高度位置误差；ε＝[ε_x ε_y ε_z]为陀螺随机常值漂移，▿=▿x▿y▿z]]>为加速度计随机常值偏差，x、y、z载体坐标轴向；δP_d＝[δλ_D δL_D δh_D]为航位推算位置误差，δL_D、δλ_D、δh_D分别为航位推算位置经度、纬度、高度误差，δSF为里程计刻度系数误差；F=FSINS0FSINS/DRFDR,]]>其中，F_SINS为捷联惯导系统误差状态矩阵，F_DR为航位推算误差状态矩阵，F_SINS/DR为捷联惯导与航位推算误差状态交叉矩阵；G=-Cbn03×303×1303×3Cbn03×13T,]]>其中，为捷联姿态矩阵；ω＝[ω_Gx ω_Gy ω_Gz ω_Ax ω_Ay ω_Az]^T，其中ω_G＝[ω_Gx ω_Gy ω_Gz]为陀螺随机游走漂移，ω_A＝[ω_Ax ω_Ay ω_Az]为加速度计随机游走偏差；上述方程(2)中：Z_k＝P_SINS-P_Dr＝δP-δP_D，δP和δP_D与所述方程(1)中含义相同；H_k＝[0_3×6 I₃ 0_3×6 -I₃ 0_3×1]，I₃为3X3的单位矩阵；v_k为系统观测量测噪声；对所述方程(1)和(2)进行卡尔曼滤波计算，估计所述捷联惯导姿态角和里程计标度因数误差并补偿；步骤5，判断是否存在GPS信号，如果不存在所述GPS信号，则回到步骤2，如果存在，则利用所述捷联惯导系统误差方程和所述航位推算误差方程以及GPS信号建立所述方程(1)和(2)的卡尔曼滤波模型：其中Z_k＝P_SINS-P_GPS＝δP-δP_D，其余变量与所述步骤4中相同；进行卡尔曼滤波计算，估计所述捷联惯导姿态角和里程计标度误差并补偿；步骤6，判断补偿后的捷联惯导系统位置误差是否小于预先设定的门限值，若不小于，则回到步骤2，若小于，则读取下一个GPS点。