CN202928583U - 一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置，用于海洋钻井平台的姿态监控及定位，包括捷联惯性导航系统、地磁导航系统、测深测潜仪、多普勒速度声纳以及信息融合模块。本实用新型不仅能实现高精度的海洋钻井平台姿态监控及定位导航的要求，而且提高了海洋钻井平台航行的可靠性和实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种海洋钻井平台姿态监控及定位的装置，特别是一种适合远洋深海石油钻井平台高精度姿态监控以及导航定位的装置。
背景技术
精确姿态监控及导航定位是海洋开发活动和海洋高技术发展的基本前提，海洋开发需要获取大范围、高精度的海洋环境数据，需要进行海底勘探、水下测量及水下工程等，现代海战也逐渐发展成为涉及太空、天空、陆地、海面、水下及海底多层空间的立体开发。所有这些都需要有海面与水下姿态监控及导航定位的支撑。
精确姿态监控及导航定位技术是移动式海洋钻井平台所面临的技术挑战之一。导航系统必须提供远距离及长时间的高度位置、速度和姿态信息。精确导航技术是海洋钻井平台有效安全作业的关键，但是受远洋环境的复杂性、海洋钻井平台自身体积、重量、能源等因素的影响，现有装置实现高精度的海洋钻井平台姿态监控及定位导航的要求很困难。
实用新型内容
本实用新型针对上述问题的不足，提出一种水下海洋钻井平台高精度姿态以及定位导航的海洋钻井平台姿态监控及定位装置。
本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置，用于海洋钻井平台的姿态监控及定位，包括捷联惯性导航系统、地磁导航系统、测深测潜仪、多普勒速度声纳以及信息融合模块，
所述捷联式惯性导航系统用于测量海洋钻井平台的位置、速度以及姿态航向信息，并将该位置、速度以及姿态航向信息输送给信息融合模块，同时所述捷联式惯性导航系统作为地磁导航系统的参考导航系统；
所述地磁导航系统用于测量海洋钻井平台的经纬度位置信息，并将该经纬度位置信息输送给信息融合模块；
所述测深测潜仪用于测量海洋钻井平台的高度信息，并将该高度信息输送给信息融合模块；
所述多普勒速度声纳用于测量海洋钻井平台的速度信息，并将该速度信息输送给信息融合模块；
所述信息融合模块用于根据位置、速度、姿态航向信息、经纬度位置信息、高度信息以及速度信息融合计算出精度较高的新导航信息，同时将该新导航信息反馈给捷联惯性导航系统，校正捷联系统的时间积累误差。
优选的：所述地磁导航系统为地磁匹配仪器，所述地磁匹配仪器包括地磁数据库模块、地磁探测模块以及地磁匹配模块，
所述地磁数据库模块包括地磁数据库和数据查询软件，用于根据预先规划的海洋钻井平台的航迹上某段区域某些点的地磁场特征量绘制成参考图，并将该参考图传递给地磁匹配模块；
所述地磁探测模块包括磁传感器、数据预处理模块及干扰补偿软件，用于探测海洋钻井平台经过参考图的相应区域时，实时测量出经过这些点的地磁场特征量，构成实时图测量序列，并将该实时图测量 序列传递给地磁匹配模块；
所述地磁匹配模块根据参考图和实时图测量序列进行相关匹配，计算出载体的实时的经纬度位置信息，并将该经纬度位置信息传递给信息融合模块。
优选的：所述捷捷联惯性导航系统为法国IXSEA公司生产的PHINES捷联系统，所述多普勒速度声纳为美国Sontek公司的三波束多普勒声纳。
本实用新型的一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置，相比现有技术，具有以下有益效果：1.由于设置有捷联惯性导航系统、地磁导航系统、测深测潜仪、多普勒速度声纳以及信息融合模块，且所述信息融合模块用于根据位置、速度、姿态航向信息、经纬度位置信息、高度信息以及速度信息融合计算出精度较高的新导航信息，同时将该新导航信息反馈给捷联惯性导航系统，校正捷联系统的时间积累误差，因此本实用新型结合借助地磁导航系统可以给出经纬度位置信息、多普勒速度声纳的速度信息以及测深测潜仪的深度信息误差随着时间不发散的优势，对水下海洋钻井平台组合姿态监控和导航定位进行改进，因而能实现高精度的海洋钻井平台姿态监控及定位导航的要求，同时提高了海洋钻井平台航行的可靠性和实用性。2.由于所述捷捷联惯性导航系统为法国IXSEA公司生产的PHINES捷联系统，所述多普勒速度声纳为美国Sontek公司的三波束多普勒声纳，其跟踪测速精度为0.2%，因此其姿态监控及定位导航的精度高。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1的流程图；
图3是海洋钻井平台地磁匹配原理框图；
其中：1为捷联惯性导航系统，2为地磁匹配仪器，3为测深测潜仪，4为多普勒速度声纳，5为PC104信息融合模块，6为海洋钻井平台，7为实时图测量序列，8为参考图，9为地磁匹配模块。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
实施例
本实施例的一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置如图1-3所示，用于海洋钻井平台的姿态监控及定位，包括捷联惯性导航系统、地磁导航系统、测深测潜仪、多普勒速度声纳以及信息融合模块，
所述捷联式惯性导航系统用于测量海洋钻井平台的位置、速度以及姿态航向信息，并将该位置、速度以及姿态航向信息输送给信息融合模块，同时所述捷联式惯性导航系统作为地磁导航系统的参考导航系统；
所述地磁导航系统用于测量海洋钻井平台的经纬度位置信息，并将该经纬度位置信息输送给信息融合模块；
所述测深测潜仪用于测量海洋钻井平台的高度信息，并将该高度信息输送给信息融合模块；
所述多普勒速度声纳用于测量海洋钻井平台的速度信息，并将该速度信息输送给信息融合模块；
所述信息融合模块为PC104信息融合模块，用于根据位置、速度、姿态航向信息、经纬度位置信息、高度信息以及速度信息融合计算出精度较高的新导航信息，该新导航信息包括海洋钻井平台的新的位 置、速度以及姿态航向的信息，同时将该新导航信息反馈给捷联惯性导航系统，校正捷联系统的时间积累误差。
所述地磁导航系统为地磁匹配仪器，所述地磁匹配仪器包括地磁数据库模块、地磁探测模块以及地磁匹配模块，
所述地磁数据库模块包括地磁数据库和数据查询软件，用于根据预先规划的海洋钻井平台的航迹上某段区域某些点的地磁场特征量绘制成参考图，并将该参考图传递给地磁匹配模块；
所述地磁探测模块包括磁传感器、数据预处理模块及干扰补偿软件，用于探测海洋钻井平台经过参考图的相应区域时，实时测量出经过这些点的地磁场特征量，构成实时图测量序列，并将该实时图测量序列传递给地磁匹配模块；
所述地磁匹配模块根据参考图和实时图测量序列进行相关匹配，计算出载体的实时的经纬度位置信息，并将该经纬度位置信息传递给信息融合模块。
所述地磁匹配仪器工作过程包括地磁数据库的获得，地磁实测数据的获得，地磁匹配导航算法三部分。地磁数据库通过实测来获得每一个点的地磁场书之后，根据地磁场模型计算每一个点的地磁场参数。地磁数据库模块由地磁数据库和数据查询软件组成，向地磁匹配模块提供精确的地磁图数据，为地磁匹配算法提供基准数据。地磁探测模块由磁传感器、数据预处理及干扰补偿软件组成，向地磁图匹配系统提供准确的实时测量地磁参数。捷联式惯性导航系统为地磁匹配系统提供导航参数。
所述地磁匹配仪器的地磁匹配定位技术：把预先规划好的海洋钻井平台的航迹上末段区域某些点的地磁场特征量绘制成参考图（或称基准图），存储在载体计算机中，当海洋钻井平台经过这段地区的时候，由地磁探测模块实时测量出经过这些点的地磁场特征量，以构成实时图测量序列，并在海洋钻井平台上的地磁匹配模块与参考图进行相关匹配，计算出海洋钻井平台的实时的经纬度位置信息（坐标位置），供导航计算机解算导航信息。
由于捷联惯性导航系统在垂直方向可观测度低，垂直方向高度信息输出不稳定，所以测深测潜仪提供海洋钻井平台垂直方向的高度信息，同时所述捷捷联惯性导航系统为法国IXSEA公司生产的PHINES捷联系统，所述多普勒速度声纳为美国Sontek公司的三波束多普勒声纳，其跟踪测速精度为0.2%，因此能提高本发明的姿态监控及定位导航的精度。
惯性测量单元（Inertial Measurement Unit）采用三轴光纤陀螺仪和三轴加速度计。信息融合模块使用PC104计算机进行滤波计算。三轴光纤陀螺仪直接输出数字信号，将敏感到的角度信息直接送到PC104计算机进行导航计算。三轴加速度计经过滤波电路、放大电路、模数转换电路后输送到微处理器单元，从微处理器单元输出数字信号到信息融合模块。
水下海洋钻井平台地磁辅助导航系统的基本原理是：水下海洋钻井平台在海洋钻井平台过程中，作为参考导航系统的捷联式惯性导航系统会给出一系列航迹点，并由地磁测量仪（地磁探测模块）获得相应地点的地磁值实时图测量序列。由于导航设备误差和漂移以及其他未知因素和随机环境的影响将使通过参考导航系统的得到的测量航 迹与真实航迹之间存在差别，我们希望利用实时测量的地磁数据在一个事先存储的数字地磁图（参考图）上进行匹配定位，估计水下海洋钻井平台实际航迹进而校正位置误差。
本实用新型的实施例针对水下海洋钻井平台组合导航系统应海洋钻井平台姿态监控与导航定位需求，结合借助地磁导航系统可以给出经纬度位置信息、多普勒速度声纳的速度信息以及测深测潜仪的深度信息误差随着时间不发散的优势，对水下海洋钻井平台组合姿态监控和导航定位进行改进，提高了组合导航系统长时间姿态监控导航定位精度，提高了系统的可用性。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。
Claims (2)
1.一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置，用于海洋钻井平台的姿态监控及定位，其特征在于:包括捷联惯性导航系统、地磁导航系统、测深测潜仪、多普勒速度声纳以及信息融合模块，
所述捷联式惯性导航系统用于测量海洋钻井平台的位置、速度以及姿态航向信息，并将该位置、速度以及姿态航向信息输送给信息融合模块，同时所述捷联式惯性导航系统作为地磁导航系统的参考导航系统；
所述地磁导航系统用于测量海洋钻井平台的经纬度位置信息，并将该经纬度位置信息输送给信息融合模块；
所述测深测潜仪用于测量海洋钻井平台的高度信息，并将该高度信息输送给信息融合模块；
所述多普勒速度声纳用于测量海洋钻井平台的速度信息，并将该速度信息输送给信息融合模块。
2.根据权利要求1所述海洋钻井平台姿态监控及定位装置，其特征在于：所述地磁导航系统为地磁匹配仪器。
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| CN 201220328636 CN202928583U (zh) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | 一种海洋钻井平台姿态监控及定位装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104698863A (zh) * | 2015-02-26 | 2015-06-10 | 中国石油大学(华东) | 半潜式海洋钻井平台定力定位控制实验方法及机械体 |
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