适用于小角度井斜角测量的陀螺测斜仪姿态测量解算方法

摘要

本发明涉及陀螺测斜仪姿态提取技术，具体是一种适用于小角度井斜角测量的陀螺测斜仪姿态测量解算方法。本发明解决了现有陀螺测斜仪在小井斜角测量时因姿态提取方法导致方位角和横滚角测量精度差的问题。适用于小角度井斜角测量的陀螺测斜仪姿态测量解算方法，该方法是采用如下步骤实现的：1）组成陀螺测斜仪；2）求取姿态变换矩阵；3）提取俯仰角；4）若俯仰角是小角度井斜角，解算出横滚角；5）若俯仰角是大角度井斜角，则按大井斜状态完成解算。本发明所述的适用于小角度井斜角测量的陀螺测斜仪姿态测量解算方法彻底解决了现有陀螺测斜仪在小井斜角测量时因姿态提取方法导致方位角和横滚角测量精度差的问题。

主权项

1.一种适用于小角度井斜角测量的陀螺测斜仪姿态测量解算方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：1）采用三轴陀螺仪、三轴加速度计和相应的电子线路组成陀螺测斜仪，并确定陀螺测斜仪的载体坐标系和导航坐标系；2）选取陀螺测斜仪的工作方式，并根据陀螺测斜仪的工作方式选取相应的姿态变换矩阵求解方法，求取姿态变换矩阵；3）通过求取的姿态变换矩阵提取陀螺测斜仪的姿态所对应的俯仰角，根据俯仰角和井斜角之间的关系计算出井斜角，并判断井斜角是否为小角度井斜角；4）若井斜角是小角度井斜角，则利用安装在陀螺测斜仪纵轴方向的陀螺仪作为辅助测量解算出陀螺测斜仪的姿态所对应的横滚角，并利用陀螺测斜仪的姿态所对应的方位角和横滚角之间的关系提取方位角，以此完成陀螺测斜仪的三个姿态角的解算；若井斜角是大角度井斜角，则按大井斜状态完成陀螺测斜仪的三个姿态角的解算；所述步骤1）中，陀螺测斜仪采用北东地地理坐标系为导航坐标系；所述步骤2）中，陀螺测斜仪的工作方式选取静态测量方式或随钻测量方式；当陀螺测斜仪的工作方式选取静态测量方式时，姿态变换矩阵求解方法采用kalman滤波初始对准方法；当陀螺测斜仪的工作方式选取随钻测量方式时，姿态变换矩阵求解方法采用kalman滤波初始对准方法和四子样等效旋转矢量算法；姿态变换矩阵为：；上式中：为俯仰角，为方位角，为横滚角；所述步骤3）中，俯仰角的提取公式如下：；式中：为俯仰角，为；根据俯仰角和井斜角的互余关系计算出井斜角；所述步骤4）中，若井斜角是小角度井斜角，横滚角的积分解算公式如下：；上式中：为横滚角的变化率，为陀螺测斜仪载体坐标系相对于惯性系转动的角速率分量，为地球自转速率，为地球纬度，为陀螺测斜仪载体坐标系相对于地理坐标系转动的角速度分量；积分计算以上一次大井斜角所解算的横滚角作为积分初值；方位角的提取公式如下：；上式中：为方位角，为横滚角，为，为，为，为；若井斜角是大角度井斜角，方位角和横滚角的提取公式如下：；上式中，为方位角，为横滚角，为，为，为，为。