光纤陀螺捷联惯导系统在管道缺陷定位中的应用

摘要

油气等能源作为工业供给的主要来源之一，与国家经济发展以及人们日常生活有着密切联系。随着油气管道运输事故逐年增长，该运输方式的安全性已成为人们关注的焦点，管道安全检测技术正是由此而来。近几十年，惯性导航系统（INS）在军转民用的方向已取得了巨大进步，这在很大程度上促进了基于惯性导航系统的管道安全检测定位技术的发展。考虑到利用惯性导航系统进行单一的导航定位，会因为其系统误差随时间发散的缺点而导致最终无法满足管道安全检测的精度要求。本文正是基于此问题，提出了一种基于光纤陀螺捷联惯导系统（SINS）的管道缺陷检测定位设计方案。
　　该设计方案主要是将一套光纤陀螺惯性测量组件的测量值分别进行两组惯导解算。我们将第一组惯导解算（即SINS1）与航位推算（DR）进行组合导航。该组合导航系统中，航位推算是以管道检测设备上的里程仪输出距离信息和测量值经惯导解算1所输出姿态信息为基础，并以航位推算和惯导解算1所分别计算得到的位置信息之差作为观测量，最后通过卡尔曼滤波对其水平陀螺漂移和姿态误差角进行估计和补偿，从而达到提高定位精度的目的。在此组合导航的基础上，我们引入外部位置信息对其进行位置重调，该位置信息是由管道所特有的定点磁标信号提供，有助于抑制组合导航系统定位误差的发散。由于导致捷联惯导系统误差积累的最主要原因是陀螺漂移的存在，而卡尔曼滤波却无法估计出Z轴陀螺漂移。那么针对这一问题，我们提出了再次利用定点磁标信号提供的外部位置与第二组惯导解算（即SINS2）进行系统重调的方案。该系统重调技术能够对捷联惯导系统的Z轴陀螺漂移和航向误差进行估计和补偿，最终有利于促进管道缺陷检测定位系统的精度提升。
　　本文完成了对SINS/DR组合导航系统和位置重调技术的设计；还推导了基于惯性系的捷联惯导系统重调法；并最终通过仿真实验对该设计方案的理论研究进行了验证。虽然本文所提出的方案和设计还未彻底完成管道检测的实际验证，但本文的研究内容和方案在管道缺陷检测定位系统的创新和优化等方面起到了一定的启发和促进作用。

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第1章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

1.2国内外管道缺陷检测技术的发展与应用

1.3惯性导航系统在管道检测中的应用

1.4论文研究的主要内容及章节安排

第2章 管道缺陷检测定位系统原理

2.1管道缺陷检测定位系统的工作原理

2.2管道缺陷检测定位系统主要结构介绍

2.3主要传感器的工作原理

2.4管道缺陷检测定位系统的总体设计方案

2.5本章小结

第3章 捷联惯导和航位推算系统

3.1捷联惯导系统

3.2航位推算算法

3.3捷联惯导系统误差方程

3.4航位推算误差方程

3.5仿真实验

3.6本章小结

第4章 基于SINS/DR组合导航系统的管道缺陷检测定位设计及仿真

4.1 卡尔曼滤波技术

4.2基于管道检测定位的SINS/DR组合导航系统

4.3位置重调技术在管道缺陷检测定位中的应用

4.4本章小结

第5章 系统重调技术在管道缺陷定位的应用

5.1惯导系统重调技术

5.2捷联惯导系统重调仿真实验

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢