CN103743379A - 一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置 - Google Patents
一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103743379A CN103743379A CN201310732745.2A CN201310732745A CN103743379A CN 103743379 A CN103743379 A CN 103743379A CN 201310732745 A CN201310732745 A CN 201310732745A CN 103743379 A CN103743379 A CN 103743379A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gyro
- circumferential angle
- detecting device
- obliquity sensor
- error
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C1/00—Measuring angles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置,属于管道检测技术领域。
背景技术
管道检测器姿态检测装置为检测器提供管道缺陷的角位置信息,是管道缺陷检测不可缺少的检测信息。当前管道检测器姿态检测方法主要有两种,一种方法是采用三轴陀螺和三轴加速度计组成惯性测量系统测量管道检测器的姿态信息,但此方法解算的姿态误差随时间发散,必须和其他装置进行组合使用,且系统体积大、功耗高,不利于管道检测器的任务需求;一种方法是采用三轴重力传感器组成的姿态检测系统,利用三个轴向的重力信息解算姿态,但此姿态检测系统在检测器接近垂直时角度失效,无法满足管道检测任务需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足,提供了一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置。
本发明的技术解决方案:
一种管道检测器姿态检测方法,其包括以下步骤:
一种管道检测器姿态检测装置,包括:
检测器运行组合解算模块,与所述姿态准备组合解算模块连接,用于在检测器运行阶段,接收所述姿态准备组合解算模块输出的倾角传感器解算的周向角并以为基准,实时估计陀螺的漂移误差ε,修正陀螺解算的周向角得到修正后的检测器的周向角:t为采样间隔。
所述姿态准备组合解算模块,包括倾角传感器解算误差计算单元和倾角传感器解算误差修正单元:其中,
所述倾角传感器解算误差计算单元与所述倾角传感器解算单元和陀螺解算单元连接,用于计算所述倾角传感器解算的周向角的误差:其中,为检测器周向角,为估计的误差系数, 为倾角传感器解算的检测器周向角和陀螺解算的检测器周向角的差值;
倾角传感器解算误差修正单元与所述倾角传感器解算单元和所述倾角传感器解算误差计算单元连接,用于修正倾角传感器解算的检测器周向角误差。
所述检测器运行组合解算模块包括陀螺解算误差计算单元和陀螺解算误差修正单元,其中,
本发明与现有技术相比的有益效果:
本发明利用单轴陀螺和三轴重力传感器信息,将陀螺信息、三个轴向重力信息进行融合,进而解算管道检测器的姿态信息。首先对倾角传感器角度误差进行修正,在后续检测工作中,以修正后的倾角传感器角度为参考,修正陀螺随时间漂移的误差,使信息互用,达到姿态角实时修正的目的。本发明与现有技术相比具有方法简单、无需和其他信息组合使用,精度高,适应管道检测器各种轨迹需求、适应长时间检测任务需求。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种管道检测器姿态检测方法流程图;
图2为本发明一种管道检测器姿态检测装置结构示意图;
图3为本发明一种管道检测器姿态检测方法另一种方法示意图;
图4为本发明一种管道检测器姿态检测方法另一种结构示意图;
图5为本发明姿态准备组合解算方法流程图;
图6为本发明检测器运行组合解算方法流程图;
图7为本发明地理坐标系示意图;
图8为本发明地理坐标系向载体坐标系转化示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中,出于解释而非限制性的目的,阐述了具体细节,以帮助全面地理解本发明。然而,对本领域技术人员来说显而易见的是,也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。
一种管道检测器姿态检测方法,如图1所示,该检测方法融合单轴陀螺信息、三个轴向重力信息进行管道检测器姿态解算。本发明充分利用姿态系统内部传感器信息,依据陀螺误差在初始阶段短时间内变化不大的特点,首先在初始阶段利用陀螺测量的检测器角度对倾角传感器测量的检测器角度误差进行修正,在后续检测工作中,以修正后的倾角传感器测量的检测器角度为参考,修正陀螺随时间漂移的误差,使信息互用,将陀螺信息、三个轴向重力信息进行融合,进而解算管道检测器的姿态信息。
本发明中对参考坐标系及角度做以下定义。
1.坐标系定义
1)如图7所示,地理坐标系中心点为检测器载体中心,N、E、D分另为北-东-地坐标系。
2)在地理坐标系N-E-D坐标系中建立载体坐标系X-Y-Z。载体坐标系与地理坐标系的关系如图1所示。姿态检测系统坐标系中心点为载体中心,OX轴沿纵轴向前,OY轴在姿态旋转横截平面内指向右方,OZ轴在姿态旋转横截平面内指向下方,X、Y、Z遵循右手定则。
2.角度定义,在上述参考坐标系定义下,定义在参考坐标系下的角度。
θ:检测器的倾角,载体x轴与水平面间的夹角,值域(-90°,+90°),极性定义为抬头为正,低头为负。
3.误差模型建立,根据陀螺及倾角传感器误差特性分析,分别建立它们的误差模型,即对陀螺测量的检测器姿态角的误差和倾角传感器测量的检测器姿态角的误差建立误差模型。陀螺的误差模型为公式(1),为组合解算提供依据。
下面介绍本发明的步骤:
如4图所示:
步骤一、利用倾角传感器测量的重力加速度信息解算检测器的周向角和检测器的倾角θ。
根据导航学中的欧拉定理,载体在空间中的姿态可用载体坐标系相对于地理坐标系有限次的转动来表示,每次转动的角度即为方位角、倾角和面向角。这样,起始时地理坐标系与载体坐标系重合(N与X轴、E与Y轴、D与Z轴相对应),随后载体绕D轴旋转α角,绕E轴旋转θ角,绕N轴旋转角,就得到载体当前的坐标系。旋转过程如图8所示。根据欧拉定理,地理坐标系与载体坐标系的转换可用以下公式表示:
则由上式可得出解算角度与传感器测量值关系:
其中,gy为Y轴重力加速度信息,gz为Z轴重力加速度信息。
步骤三,姿态准备组合解算修正。
如图5所示,在姿态检测准备阶段(简称“姿态准备”,指系统通电后,姿态检测器正常工作前)对倾角传感器解算的检测器周向角常值误差进行校正。
因为在系统通电后,姿态检测装置正常工作前的短时间内由陀螺解算的检测器周向角误差很小,可以其作为参考值修正由倾角传感器解算的检测器周向角误差。倾角传感器解算的周向角误差是符合式(3)的变化规律,并且误差修正后不随时间变化,因此在姿态准备阶段估计式(3)的误差系数并对其修正。不同系统中,姿态准备时间不同,本实施例中姿态准备时间为t=10秒。
根据陀螺及倾角传感器误差模型式(1)和式(2),进行解算准备。解算准备以陀螺解算的周向角为基准信息,修正倾角传感器解算的周向角的误差。选取若干个陀螺解算的检测器周向角作为参考信息,基于倾角传感器误差模型式(2)进行曲线拟和。曲线拟和矩阵为:
则倾角传感器解算的周向角经补偿输出为:
倾角传感器角度补偿输出为式(16):
本实施例中选取12个测试点,为式(14)即
步骤四,检测器运行解算修正。
如图6所示,姿态准备好后,检测器开始正常运行,根据倾角传感器误差特性,其解算的周向角经修正后不随时间漂移。因此以经修正后倾角传感器解算的周向角输出作为参考值,实时估计陀螺漂移误差,修正陀螺信息解算的周向角进而输出修正后的周向角
根据陀螺误差模型,采用Kalman(卡尔曼)滤波器实时估计陀螺漂移,进而修正陀螺误差,保证载体全程运行轨迹下误差在可控范围内。Kalman滤波器模型选取周向角误差(倾角传感器解算的周向角与陀螺解算的周向角之差)和陀螺漂移误差为状态变量,选取姿态角误差作为观测量。
状态方程为:
观测方程为:
其中,H=[1 0];
检测器周向角经补偿输出为:
其中,为陀螺测量值解算的周向角;ε为陀螺漂移误差;t为采样间隔。
本发明还提供了一种管道检测器姿态检测装置,如图2和图3所示,包括:姿态准备组合解算模块、检测器运行组合解算模块、倾角传感器解算单元、陀螺解算单元。所述姿态准备组合解算模块包括倾角传感器解算误差计算单元和倾角传感器解算修正单元,检测器运行组合解算模块包括陀螺解算误差计算单元和陀螺解算误差修正单元。
选取若干个陀螺解算的检测器周向角作为参考信息,基于倾角传感器误差模型式(2)进行曲线拟和。曲线拟和矩阵为:
本实施例中12个测试点,为式(14)即
本实施例中选择12个测试点,则曲线拟和矩阵为:
倾角传感器解算误差修正单元与所述倾角传感器解算单元和所述倾角传感器解算误差计算单元连接,用于修正倾角传感器解算的检测器周向角误差。
则倾角传感器解算的周向角经补偿输出为:
倾角传感器角度补偿输出为式(16):
为倾角传感器角度测量输出;
倾角传感器角度测量值与真实值之间的差值。
所述检测器运行组合解算单元,与所述姿态准备组合解算单元连接,用于在检测器运行阶段,接收所述姿态准备组合解算单元输出的补偿后的并以为基准,实时估计陀螺的漂移误差ε,修正陀螺信息解算的周向角得到修正后的检测器的周向角t为采样间隔。
所述陀螺解算误差计算单元,与陀螺解算单元和姿态准备解算单元连接,用于计算陀螺的漂移误差ε。根据陀螺误差模型,采用Kalman(卡尔曼)滤波器实时估计陀螺漂移,进而修正陀螺误差,保证载体全程运行轨迹下误差在可控范围内。Ka1man滤波器模型选取周向角误差(倾角传感器解算的周向角与陀螺解算的周向角之差)和陀螺漂移误差为状态变量,选取姿态角误差作为观测量。
状态方程与观测方程为式(5)和(6)。按照Ka lman滤波的递推方程进行递推估计。由递推方程估计出由式(7)计算出组合后的检测器周向角
状态方程为:
观测方程为:
检测器周向角经补偿输出为:
本发明的实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的,因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外,由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变,因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作,而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310732745.2A CN103743379B (zh) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310732745.2A CN103743379B (zh) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103743379A true CN103743379A (zh) | 2014-04-23 |
CN103743379B CN103743379B (zh) | 2017-06-13 |
Family
ID=50500422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310732745.2A Active CN103743379B (zh) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103743379B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105277196A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-01-27 | 重庆华渝电气集团有限公司 | 用于测量载体姿态信息的矿用导航惯性测量系统及方法 |
CN111256045A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-09 | 福建宁德核电有限公司 | 一种管道防腐层监测点角度定位方法、装置及监测设备 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11107679A (ja) * | 1997-10-01 | 1999-04-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 地中推進装置の初期角度検知方法及び位置連続検知方法 |
US20080172202A1 (en) * | 2007-01-04 | 2008-07-17 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Short-circuit detection circuit, resolver-digital converter, and digital angle detection apparatus |
CN101929862A (zh) * | 2009-06-26 | 2010-12-29 | 上海市上海中学 | 基于卡尔曼滤波的惯性导航系统初始姿态确定方法 |
-
2013
- 2013-12-27 CN CN201310732745.2A patent/CN103743379B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11107679A (ja) * | 1997-10-01 | 1999-04-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 地中推進装置の初期角度検知方法及び位置連続検知方法 |
US20080172202A1 (en) * | 2007-01-04 | 2008-07-17 | Japan Aviation Electronics Industry Limited | Short-circuit detection circuit, resolver-digital converter, and digital angle detection apparatus |
CN101929862A (zh) * | 2009-06-26 | 2010-12-29 | 上海市上海中学 | 基于卡尔曼滤波的惯性导航系统初始姿态确定方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
杨理践等: "管道检侧中管道定往系统的研究", 《无损探伤》 * |
黄旭等: "磁强计和微机械陀螺/加速度计组合定姿的扩展卡尔曼滤波器设计", 《黑龙江大学自然科学学报》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105277196A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-01-27 | 重庆华渝电气集团有限公司 | 用于测量载体姿态信息的矿用导航惯性测量系统及方法 |
CN111256045A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-09 | 福建宁德核电有限公司 | 一种管道防腐层监测点角度定位方法、装置及监测设备 |
CN111256045B (zh) * | 2020-02-26 | 2021-06-29 | 福建宁德核电有限公司 | 一种管道防腐层监测点角度定位方法、装置及监测设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103743379B (zh) | 2017-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101514900B (zh) | 一种单轴旋转的捷联惯导系统初始对准方法 | |
CN106990426B (zh) | 一种导航方法和导航装置 | |
CN105371844B (zh) | 一种基于惯性/天文互助的惯性导航系统初始化方法 | |
CN104596546B (zh) | 一种单轴旋转惯导系统的姿态输出补偿方法 | |
CN109974697A (zh) | 一种基于惯性系统的高精度测绘方法 | |
CN105588562B (zh) | 一种旋转调制惯性导航系统中隔离载体角运动的方法 | |
CN103900571B (zh) | 一种基于惯性坐标系旋转型捷联惯导系统的载体姿态测量方法 | |
CN102937450B (zh) | 一种基于陀螺测量信息的相对姿态确定方法 | |
CN102207386A (zh) | 基于方位效应误差补偿的寻北方法 | |
CN103712598B (zh) | 一种小型无人机姿态确定方法 | |
CN103743378A (zh) | 一种管道检测器姿态检测系统 | |
RU2007137197A (ru) | Навигационный комплекс, устройство вычисления скорости и координат, бесплатформенная инерциальная курсовертикаль, способ коррекции инерциальных датчиков и устройство для его осуществления | |
CN101701825A (zh) | 高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航系统 | |
CN103900607B (zh) | 一种基于惯性系的旋转式捷联惯导系统转位方法 | |
CN101629826A (zh) | 基于单轴旋转的光纤陀螺捷联惯性导航系统粗对准方法 | |
CN104864874B (zh) | 一种低成本单陀螺航位推算导航方法及系统 | |
CN103697878B (zh) | 一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法 | |
CN104165641A (zh) | 一种基于捷联惯导/激光测速仪组合导航系统的里程计标定方法 | |
CN103453917A (zh) | 一种双轴旋转式捷联惯导系统初始对准与自标校方法 | |
CN103674064B (zh) | 捷联惯性导航系统的初始标定方法 | |
CN103900608A (zh) | 一种基于四元数ckf的低精度惯导初始对准方法 | |
CN103900566B (zh) | 一种消除地球自转角速度对旋转调制型捷联惯导系统精度影响的方法 | |
CN103175528A (zh) | 基于捷联惯导系统的捷联罗经姿态测量方法 | |
CN113175933A (zh) | 一种基于高精度惯性预积分的因子图组合导航方法 | |
Liu et al. | Interacting multiple model UAV navigation algorithm based on a robust cubature Kalman filter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |