RU2062872C1 - Способ определения ориентации объекта в точке останова - Google Patents
Способ определения ориентации объекта в точке останова Download PDFInfo
- Publication number
- RU2062872C1 RU2062872C1 RU93004331A RU93004331A RU2062872C1 RU 2062872 C1 RU2062872 C1 RU 2062872C1 RU 93004331 A RU93004331 A RU 93004331A RU 93004331 A RU93004331 A RU 93004331A RU 2062872 C1 RU2062872 C1 RU 2062872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- angle
- determining
- azimuth
- axes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Использование: в гироскопическом приборостроении. Сущность изобретения: в качестве пространственной ориентации объекта выбрано определение следующих углов: угла вертикали одной из координатных осей объекта, угла азимута этой же оси, угла азимута другой оси. Способ осуществляется посредством трехкоординатного измерителя ускорения и трехкоординатного измерителя угловой скорости, жестко связанных с объектом. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано для определения ориентации объекта в точке останова.
Этот способ может быть применен при определении ориентаций бура в точке останова с последующим определением направления смещения "ножей" бура и принудительным смещением в заданном направлении "ножей" бура дня корректировки направления бурения, а также в навигации с целью определения предстартовой угловой ориентации летательного аппарата.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения ориентации прямой пинии, имеющей произвольное пространственное положение. Прямой линией может быть касательная к траектории скважины в точна останова и совпадающая с ней (с касательной) ось Z гироскопического инклинометра (1).
Известный способ определения ориентации прямой линии, т.е. способ определения углов вертикали и азимута прямой линии, включает следующие последовательные операции:
горизонтирование трехстепенного гироскопа, определение угла между осью (ось Z) инклинометра и вектором кинетического момента трехстепенного гироскопа, т.е. определение угла азимута, и преобразование этого угла в электрический сигнал посредством индукционного датчика;
определение угла между осью (ось Z) игклинометра и маятником, т.е. определение угла вертикали, и преобразование этого угла в электрический сигнал.
горизонтирование трехстепенного гироскопа, определение угла между осью (ось Z) инклинометра и вектором кинетического момента трехстепенного гироскопа, т.е. определение угла азимута, и преобразование этого угла в электрический сигнал посредством индукционного датчика;
определение угла между осью (ось Z) игклинометра и маятником, т.е. определение угла вертикали, и преобразование этого угла в электрический сигнал.
Устройство для реализации способа содержит устройство определения вертикали места на базе маятника со съемом угла от индукционного датчикам, устройство определения азимута скважины на базе трехстепенного гироскопа с системой гидростабилизирования со съемом угла от индукционного датчика.
Недостатком известного способа на базе этого устройства является невозможность определения полной ориентации объекта (бура) в точке останова.
Этот недостаток устраняется тем, что азимуты двух осей объекта ψz и ψx определяют по формулам
где
g2= g +g +g (3)
p = ωx•gx+ωy•gy+ωz•gz (4)
gx, gx, gx значения ускорения силы тяжести по трем взаимно перпендикулярным осям X, У, Z;
ωx, ωy, ωz значения угловой скорости Земли по трем взаимно перпендикулярным осям X, У, Z.
где
g2= g
p = ωx•gx+ωy•gy+ωz•gz (4)
gx, gx, gx значения ускорения силы тяжести по трем взаимно перпендикулярным осям X, У, Z;
ωx, ωy, ωz значения угловой скорости Земли по трем взаимно перпендикулярным осям X, У, Z.
Способ основан на определении ориентации объекта по следующим трем углам:
определение угла вертикали одной из осей (например, оси );
определение азимута этой же оси, т.е. определение угла между проекцией этой оси на плоскость горизонта и проекцией вектора угловой скорости Земли на плоскость горизонта;
определение азимута другой оси объекта (например, оси X).
определение угла вертикали одной из осей (например, оси );
определение азимута этой же оси, т.е. определение угла между проекцией этой оси на плоскость горизонта и проекцией вектора угловой скорости Земли на плоскость горизонта;
определение азимута другой оси объекта (например, оси X).
Таким образом, в качестве метода ориентации объекта выбран метод определения угла вертикали одной из осей, определения азимута этой же оси и определение азимута другой оси.
На чертеже дано пояснение угла вертикали и угла азимута осей.
Способ осуществляется посредством измерителя ускорения и измерителя угловой скорости (либо измерителя напряженности магнитного поля), жестко связанных с объектом.
В качестве измерителя ускорения может быть использована триада акслерометров, измеряющих ускорение по трем взаимно перпендикулярным осям.
В качестве измерителя угловой скорости могут быть использованы два двухкоординатных гироскопических датчика угловой скорости (ДУС), измеряющих угловую скорость по трем взаимно перпендикулярным осям, например, первый ДУС измеряет угловую скорость по осям X и У, второй ДУС до оси Z
В качестве измерителя напряженности магнитного поля может быть использована триада магнитометров, измеряющих напряженность магнитного поля по трем взаимно перпендикулярным осям.
В качестве измерителя напряженности магнитного поля может быть использована триада магнитометров, измеряющих напряженность магнитного поля по трем взаимно перпендикулярным осям.
Подвижная система координат X, У, Z выбрана таким образом, что ось Z совпадает с продольной осью инклинометра (совпадает с направлением бурений), положение оси X произвольное, ось Y перпендикулярна Х и Z).
В местной системе координат X, Y, Z посредством трех акселерометров и двух двухкоординатных гироскопичкских ДУС измеряют значения
Угол вертикали νz оси Z определяется по известной формуле:
Краткий вывод формулы определения азимута оси Z, т.е. определения угла ψz$, по информаций об ускорения силы тяжести, по информации об угловой скорости Земли следующий.
Угол вертикали νz оси Z определяется по известной формуле:
Краткий вывод формулы определения азимута оси Z, т.е. определения угла ψz$, по информаций об ускорения силы тяжести, по информации об угловой скорости Земли следующий.
Пусть в трехмерной декартовой системе координат ξ, η, Φ заданы два вектора:
а) , где вектор ускорения свободного падения (вектор силы тяжести);
б) вектор угловой скорости Земли.
а) , где вектор ускорения свободного падения (вектор силы тяжести);
б) вектор угловой скорости Земли.
И пусть имеется вектор (направление оси Z инклинометра, направление бурения в данной точке скважины) с произвольной ориентацией.
С вектором n связана местная система координат (X, Y, Z) такая, что ось 2 направлена по вектору , положение оси X произвольно, ось Y перпендикулярна X и Z.
В местной системе координат измерены проекции векторов:
Требуется определить угол ψ между проекциями и на плоскость горизонта векторов и .
Требуется определить угол ψ между проекциями и на плоскость горизонта векторов и .
Угол j и есть искомый азимут скважины.
Все построения ведут в местной системе координат (О, X, Y, Z).
Уравнение плоскости горизонта, проходящей через начало координат (0;0;0) и перпендикулярной , будет иметь вид:
gx•x + gy•y + gz•z 0 (7)
Определяют проекции на эту плоскость, т.е. .
gx•x + gy•y + gz•z 0 (7)
Определяют проекции на эту плоскость, т.е. .
Из точки (ωx; ωy; ωz) проводят прямую, перпендикулярную плоскости горизонта, параллельную вектору тяжести , выраженную уравнением (8):
Откуда
Находят точку пересечения этой прямой (9) с плоскостью горизонта, подставив значения X, Y, Z (9) в уравнение плоскости горизонта (7):
gx•(ωx+K•gx)+gy•(ωy+K•gy)+gz•(ωz+K•gz) = 0 (10)
Откуда:
Подставляют (11) в уравнение прямой (9):
И так проекция на плоскость горизонта, т.е. будет иметь выражение (13):
Проекция вектора на плоскость горизонта, т.е. определяется аналогично (13) подстановкой ωx=0, ωy=0; ωz=1.
Откуда
Находят точку пересечения этой прямой (9) с плоскостью горизонта, подставив значения X, Y, Z (9) в уравнение плоскости горизонта (7):
gx•(ωx+K•gx)+gy•(ωy+K•gy)+gz•(ωz+K•gz) = 0 (10)
Откуда:
Подставляют (11) в уравнение прямой (9):
И так проекция на плоскость горизонта, т.е. будет иметь выражение (13):
Проекция вектора на плоскость горизонта, т.е. определяется аналогично (13) подстановкой ωx=0, ωy=0; ωz=1.
Скалярное произведение равно:
Модуль векторного произведения равен:
Объединяя выражения (15) и (16), получают (17):
Применительно к икнлинометру ax, ay, az, bx, by, bz равны:
Подставляя значения ax, ay, az, bx, by, bz в выражение (17) и упростив его, получают формулу (1) определения азимута оси Z инклинометра (бура).
Модуль векторного произведения равен:
Объединяя выражения (15) и (16), получают (17):
Применительно к икнлинометру ax, ay, az, bx, by, bz равны:
Подставляя значения ax, ay, az, bx, by, bz в выражение (17) и упростив его, получают формулу (1) определения азимута оси Z инклинометра (бура).
Определяют угол азимута оси X инклинометра (бура), т.е. определяют угол ψ.
Заменяют систему координат X, У, Z на систему координат X', Y', Z' такую, что ось Z' совпадает с осью X, ось Y' совпадает с Z, ось X' совпадает Y. В новой местной системе координат (X', Y', Z') измерены значения
Формула определения азимута ψz′ в системе координат X', Y', Z' будет иметь вид:
где
(g′)2= g + g +g (22)
P = gx′•ωx′+gy′•ωy′+gz′•ωz′ (23)
При этом
Подставляют выражение (24) в формулы (21, 22, 23).
Формула определения азимута ψz′ в системе координат X', Y', Z' будет иметь вид:
где
(g′)2= g
P = gx′•ωx′+gy′•ωy′+gz′•ωz′ (23)
При этом
Подставляют выражение (24) в формулы (21, 22, 23).
В результате имеют азимут ψx, вычисленный в системе координат X, У, Z
где
g2= g +g +g
P = gx•ωx+gy•ωy+gz•ωz
Таким образом, определяется ориентация объекта в точно останова путем определения угла вертикали νz и двух углов азимута ψz, ψx.
где
g2= g
P = gx•ωx+gy•ωy+gz•ωz
Таким образом, определяется ориентация объекта в точно останова путем определения угла вертикали νz и двух углов азимута ψz, ψx.
Таким образом, способ определения ориентации объекта в точке останова посредством измерения ускорения силы тяжести по трем взаимно перпендикулярным осям и измерения угловой скорости земли по тем же осям (или измерения напряженности магнитного поля Земли по тем же осям) является средством для определения ориентации объекта, имеющего произвольное угловое положение.
Claims (1)
- Способ определения ориентации объекта в точке останова, включающий измерение ускорения силы тяжести Земли по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y, Z, измерение угловой скорости Земли по тем же осям X, Y, Z и вычисление углов ориентации, отличающийся тем, что азимуты двух осей объекта ψz и ψx определяют по формулам
где g2=g
P=ωx•gx+ωy•gy+ωz•gz;
gx, gy, gz значения ускорения силы тяжести Земли по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y, Z;
ωx, ωy, ωz значения угловой скорости Земли по тем же осям X, Y, Z.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93004331A RU2062872C1 (ru) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Способ определения ориентации объекта в точке останова |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93004331A RU2062872C1 (ru) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Способ определения ориентации объекта в точке останова |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93004331A RU93004331A (ru) | 1995-02-27 |
RU2062872C1 true RU2062872C1 (ru) | 1996-06-27 |
Family
ID=20136358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93004331A RU2062872C1 (ru) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Способ определения ориентации объекта в точке останова |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2062872C1 (ru) |
-
1993
- 1993-01-29 RU RU93004331A patent/RU2062872C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР <186>1548423, кл. Е 21В 47/02, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100489459C (zh) | 适用于全光纤数字测斜仪的捷联惯性组合测量控制装置 | |
RU2558724C2 (ru) | Устройство диагностического комплекса для определения положения трубопровода и способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков диагностического комплекса для определения положения трубопровода | |
CN101839719A (zh) | 一种基于陀螺、地磁传感器的惯性测量装置 | |
CN109540130A (zh) | 一种连采机惯性导航定位定向方法 | |
US7386942B2 (en) | Method and apparatus for mapping the trajectory in the subsurface of a borehole | |
US4768152A (en) | Oil well bore hole surveying by kinematic navigation | |
CN109681189A (zh) | 一种井径扇区固井质量及轨迹一体化测量仪 | |
RU2204712C2 (ru) | Система определения параметров забойных скважин | |
US5444916A (en) | Electronic stereo clino-compass | |
RU2062872C1 (ru) | Способ определения ориентации объекта в точке останова | |
RU2030574C1 (ru) | Способ определения азимута скважины в последовательных точках и гироскопический инклинометр | |
JACKSON | Continuous calibration and alignment techniques for an all-attitude inertial platform | |
RU2386107C1 (ru) | Автономный способ определения начальной ориентации приборной системы координат бесплатформенного инерциального блока управляемого объекта относительно базовой системы координат | |
Zhu et al. | A novel miniature azimuth-level detector based on MEMS | |
CN112595314A (zh) | 一种可实时测量重力加速度的惯性导航系统 | |
RU2152059C1 (ru) | Система позиционирования трассы подземного трубопровода | |
RU2486472C1 (ru) | Способ калибровки чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы в полете | |
RU2130588C1 (ru) | Способ измерения магнитного курса подвижного объекта | |
RU2269001C1 (ru) | Способ измерения траектории скважины по азимуту и двухрежимный бесплатформенный гироскопический инклинометр для его осуществления | |
RU2161296C1 (ru) | Устройство автономной коррекции | |
Schwarz | Inertial Surveying Systems—Experience and Prognosis | |
RU2062985C1 (ru) | Гирогоризонткомпас для подвижного объекта | |
Kajánek | Testing of the possibilities of using IMUs with different types of movements | |
RU2085850C1 (ru) | Система курса и вертикали и способ определения магнитного курса | |
RU2482270C1 (ru) | Способ определения ориентации скважинного прибора в буровой скважине |