鉆孔測斜儀是一種利用陀螺儀、磁通門等慣性測量單元對鉆孔的角度和深度等參數(shù)進(jìn)行測量的儀器,被廣泛應(yīng)用在石油開采、地質(zhì)勘探中。鉆孔測斜儀中位置和姿態(tài)算法的解算精度直接決定了鉆孔測斜儀所測量的方位角、井斜角、工具面角和鉆孔軌跡的準(zhǔn)確性。因此,本文將捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法作為鉆孔測斜儀的位置和姿態(tài)算法,以此來解決傳統(tǒng)的基于陀螺儀和磁通門原理的鉆孔測斜儀對工作環(huán)境要求高,測量效率低的問題。本文的主要內(nèi)容就是將捷聯(lián)慣導(dǎo)算法作為鉆孔測斜儀的位置和姿態(tài)算法進(jìn)行研究,并對捷聯(lián)慣導(dǎo)算法進(jìn)行模擬實驗。首先,本文研究了傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法。詳述了傳統(tǒng)導(dǎo)航算法中的姿態(tài)、速度和位置解算算法。重點對傳統(tǒng)導(dǎo)航算法中不同的姿態(tài)解算算法進(jìn)行了分析與比較。設(shè)計了鉆孔測斜儀的自對準(zhǔn)方法,以此求出鉆孔測斜儀初始時刻的姿態(tài)和位置信息,開始導(dǎo)航算法的迭代過程。通過對傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)算法進(jìn)行仿真模擬,證明基于傳統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的鉆孔測斜儀能夠正常工作。但隨著仿真時間的增長,會出現(xiàn)由于累積誤差和姿態(tài)變化過快所導(dǎo)致的姿態(tài)發(fā)散問題。而姿態(tài)發(fā)散問題將會影響速度和位置的解算精度,導(dǎo)致鉆孔測斜儀無法完成測量工作。然后,本文提出將基于對偶四元數(shù)原理的捷聯(lián)...

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【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 課題的研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 傳統(tǒng)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 對偶四元數(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 課題研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排
第二章 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航算法的研究
    2.1 捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的理論基礎(chǔ)
        2.1.1 姿態(tài)角和常用導(dǎo)航坐標(biāo)系的定義
        2.1.2 導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的姿態(tài)變換矩陣
        2.1.3 姿態(tài)角和姿態(tài)變換矩陣
        2.1.4 捷聯(lián)慣導(dǎo)算法解算原理
    2.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的姿態(tài)解算
        2.2.1 歐拉角法
        2.2.2 九參數(shù)法
        2.2.3 四元數(shù)算法
        2.2.4 等效旋轉(zhuǎn)矢量算法
    2.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的速度解算
        2.3.1 比力方程
        2.3.2 速度更新方程
    2.4 捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的位置解算
    2.5 鉆孔測斜儀的自對準(zhǔn)研究
    2.6 仿真實驗
    2.7 本章小結(jié)
第三章 基于對偶四元數(shù)原理的捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的優(yōu)化
    3.1 對偶四元數(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的理論基礎(chǔ)
        3.1.1 對偶數(shù)
        3.1.2 旋量
        3.1.3 對偶四元數(shù)
        3.1.4 螺旋矢量
    3.2 對偶四元數(shù)微分方程及求解
        3.2.1 對偶四元數(shù)的微分方程
        3.2.2 對偶四元數(shù)微分方程的求解
    3.3 螺旋矢量算法的優(yōu)化設(shè)計
        3.3.1 對偶四元數(shù)與螺旋矢量的關(guān)系
        3.3.2 螺旋矢量微分方程的求解
        3.3.3 螺旋矢量優(yōu)化算法
    3.4 對偶四元數(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的解算流程
        3.4.1 推力速度矢量的求解
        3.4.2 引力速度矢量的求解
        3.4.3 位置矢量的求解
    3.5 鉆孔測斜儀位姿信息的求取
        3.5.1 鉆孔測斜儀的姿態(tài)求取
        3.5.2 鉆孔測斜儀的速度求取
    3.6 本章小結(jié)
第四章 對偶四元數(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的分析與實驗
    4.1 螺旋矢量優(yōu)化算法的分析
        4.1.1 螺旋矢量微分方程
        4.1.2 典型的螺旋運動
        4.1.3 螺旋矢量優(yōu)化算法與圓錐、劃船運動
    4.2 對偶四元數(shù)捷聯(lián)慣導(dǎo)算法的誤差分析
        4.2.1 姿態(tài)誤差分析
        4.2.2 速度誤差分析
    4.3 實驗驗證
        4.3.1 仿真實驗
        4.3.2 模擬實驗
    4.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表學(xué)術(shù)論文



本文編號：3798516