專利名稱：一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位的裝置，特別是一種適合遠(yuǎn)洋深海石油鉆井平臺(tái)高精度姿態(tài)監(jiān)控以及導(dǎo)航定位的裝置。
背景技術(shù)：
精確姿態(tài)監(jiān)控及導(dǎo)航定位是海洋開發(fā)活動(dòng)和海洋高技術(shù)發(fā)展的基本前提，海洋開發(fā)需要獲取大范圍、高精度的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行海底勘探、水下測量及水下工程等，現(xiàn)代海戰(zhàn)也逐漸發(fā)展成為涉及太空、天空、陸地、海面、水下及海底多層空間的立體開發(fā)。所有這些都需要有海面與水下姿態(tài)監(jiān)控及導(dǎo)航定位的支撐。精確姿態(tài)監(jiān)控及導(dǎo)航定位技術(shù)是移動(dòng)式海洋鉆井平臺(tái)所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。導(dǎo)航系統(tǒng)必須提供遠(yuǎn)距離及長時(shí)間的高度位置、速度和姿態(tài)信息。精確導(dǎo)航技術(shù)是海洋鉆井平臺(tái)有效安全作業(yè)的關(guān)鍵，但是受遠(yuǎn)洋環(huán)境的復(fù)雜性、海洋鉆井平臺(tái)自身體積、重量、能源等因素的影響，現(xiàn)有裝置實(shí)現(xiàn)高精度的海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位導(dǎo)航的要求很困難。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對上述問題的不足，提出一種水下海洋鉆井平臺(tái)高精度姿態(tài)以及定位導(dǎo)航的海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是:一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置，用于海洋鉆井平臺(tái)的姿態(tài)監(jiān)控及定位，包括捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁導(dǎo)航系統(tǒng)、測深測潛儀、多普勒速度聲納以及信息融合模塊，所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于測量海洋鉆井平臺(tái)的位置、速度以及姿態(tài)航向信息，并將該位置、速度以及姿態(tài)航向信息輸送給信息融合模塊，同時(shí)所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為地磁導(dǎo)航系統(tǒng)的參考導(dǎo)航系統(tǒng)；所述地磁導(dǎo)航系統(tǒng)用于測量海洋鉆井平臺(tái)的經(jīng)緯度位置信息，并將該經(jīng)緯度位置信息輸送給信息融合模塊；所述測深測潛儀用于測量海洋鉆井平臺(tái)的高度信息，并將該高度信息輸送給信息融合模塊；所述多普勒速度聲納用于測量海洋鉆井平臺(tái)的速度信息，并將該速度信息輸送給信息融合模塊；所述信息融合模塊用于根據(jù)位置、速度、姿態(tài)航向信息、經(jīng)緯度位置信息、高度信息以及速度信息融合計(jì)算出精度較高的新導(dǎo)航信息，同時(shí)將該新導(dǎo)航信息反饋給捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，校正捷聯(lián)系統(tǒng)的時(shí)間積累誤差。優(yōu)選的:所述地磁導(dǎo)航系統(tǒng)為地磁匹配儀器，所述地磁匹配儀器包括地磁數(shù)據(jù)庫模塊、地磁探測模塊以及地磁匹配模塊，所述地磁數(shù)據(jù)庫模塊包括地磁數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)查詢軟件，用于根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的海洋鉆井平臺(tái)的航跡上某段區(qū)域某些點(diǎn)的地磁場特征量繪制成參考圖，并將該參考圖傳遞給地磁匹配模塊；所述地磁探測模塊包括磁傳感器、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊及干擾補(bǔ)償軟件，用于探測海洋鉆井平臺(tái)經(jīng)過參考圖的相應(yīng)區(qū)域時(shí)，實(shí)時(shí)測量出經(jīng)過這些點(diǎn)的地磁場特征量，構(gòu)成實(shí)時(shí)圖測量序列，并將該實(shí)時(shí)圖測量序列傳遞給地磁匹配模塊；所述地磁匹配模塊根據(jù)參考圖和實(shí)時(shí)圖測量序列進(jìn)行相關(guān)匹配，計(jì)算出載體的實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度位置信息，并將該經(jīng)緯度位置信息傳遞給信息融合模塊。優(yōu)選的:所述捷捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為法國IXSEA公司生產(chǎn)的PHINES捷聯(lián)系統(tǒng)，所述多普勒速度聲納為美國Sontek公司的三波束多普勒聲納。本實(shí)用新型的一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:1.由于設(shè)置有捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁導(dǎo)航系統(tǒng)、測深測潛儀、多普勒速度聲納以及信息融合模塊，且所述信息融合模塊用于根據(jù)位置、速度、姿態(tài)航向信息、經(jīng)緯度位置信息、高度信息以及速度信息融合計(jì)算出精度較高的新導(dǎo)航信息，同時(shí)將該新導(dǎo)航信息反饋給捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，校正捷聯(lián)系統(tǒng)的時(shí)間積累誤差，因此本實(shí)用新型結(jié)合借助地磁導(dǎo)航系統(tǒng)可以給出經(jīng)緯度位置信息、多普勒速度聲納的速度信息以及測深測潛儀的深度信息誤差隨著時(shí)間不發(fā)散的優(yōu)勢，對水下海洋鉆井平臺(tái)組合姿態(tài)監(jiān)控和導(dǎo)航定位進(jìn)行改進(jìn)，因而能實(shí)現(xiàn)高精度的海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位導(dǎo)航的要求，同時(shí)提高了海洋鉆井平臺(tái)航行的可靠性和實(shí)用性。2.由于所述捷捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為法國IXSEA公司生產(chǎn)的PHINES捷聯(lián)系統(tǒng)，所述多普勒速度聲納為美國Sontek公司的三波束多普勒聲納，其跟蹤測速精度為0.2%，因此其姿態(tài)監(jiān)控及定位導(dǎo)航的精度高。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的流程圖；圖3是海洋鉆井平臺(tái)地磁匹配原理框圖；其中:I為捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，2為地磁匹配儀器，3為測深測潛儀，4為多普勒速度聲納，5為PC104信息融合模塊，6為海洋鉆井平臺(tái)，7為實(shí)時(shí)圖測量序列，8為參考圖，9為地磁匹配模塊。
具體實(shí)施方式
附圖非限制性地公開了本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例本實(shí)施例的一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置如圖1-3所示，用于海洋鉆井平臺(tái)的姿態(tài)監(jiān)控及定位，包括捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁導(dǎo)航系統(tǒng)、測深測潛儀、多普勒速度聲納以及信息融合模塊，所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于測量海洋鉆井平臺(tái)的位置、速度以及姿態(tài)航向信息，并將該位置、速度以及姿態(tài)航向信息輸送給信息融合模塊，同時(shí)所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為地磁導(dǎo)航系統(tǒng)的參考導(dǎo)航系統(tǒng)；所述地磁導(dǎo)航系統(tǒng)用于測量海洋鉆井平臺(tái)的經(jīng)緯度位置信息，并將該經(jīng)緯度位置信息輸送給信息融合模塊；所述測深測潛儀用于測量海洋鉆井平臺(tái)的高度信息，并將該高度信息輸送給信息融合模塊；所述多普勒速度聲納用于測量海洋鉆井平臺(tái)的速度信息，并將該速度信息輸送給信息融合模塊；所述信息融合模塊為PC104信息融合模塊，用于根據(jù)位置、速度、姿態(tài)航向信息、經(jīng)緯度位置信息、高度信息以及速度信息融合計(jì)算出精度較高的新導(dǎo)航信息，該新導(dǎo)航信息包括海洋鉆井平臺(tái)的新的位置、速度以及姿態(tài)航向的信息，同時(shí)將該新導(dǎo)航信息反饋給捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，校正捷聯(lián)系統(tǒng)的時(shí)間積累誤差。所述地磁導(dǎo)航系統(tǒng)為地磁匹配儀器，所述地磁匹配儀器包括地磁數(shù)據(jù)庫模塊、地磁探測模塊以及地磁匹配模塊，所述地磁數(shù)據(jù)庫模塊包括地磁數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)查詢軟件，用于根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的海洋鉆井平臺(tái)的航跡上某段區(qū)域某些點(diǎn)的地磁場特征量繪制成參考圖，并將該參考圖傳遞給地磁匹配模塊；所述地磁探測模塊包括磁傳感器、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊及干擾補(bǔ)償軟件，用于探測海洋鉆井平臺(tái)經(jīng)過參考圖的相應(yīng)區(qū)域時(shí)，實(shí)時(shí)測量出經(jīng)過這些點(diǎn)的地磁場特征量，構(gòu)成實(shí)時(shí)圖測量序列，并將該實(shí)時(shí)圖測量序列傳遞給地磁匹配模塊；所述地磁匹配模塊根據(jù)參考圖和實(shí)時(shí)圖測量序列進(jìn)行相關(guān)匹配，計(jì)算出載體的實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度位置信息，并將該經(jīng)緯度位置信息傳遞給信息融合模塊。所述地磁匹配儀器工作過程包括地磁數(shù)據(jù)庫的獲得，地磁實(shí)測數(shù)據(jù)的獲得，地磁匹配導(dǎo)航算法三部分。地磁數(shù)據(jù)庫通過實(shí)測來獲得每一個(gè)點(diǎn)的地磁場書之后，根據(jù)地磁場模型計(jì)算每一個(gè)點(diǎn)的地磁場參數(shù)。地磁數(shù)據(jù)庫模塊由地磁數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)查詢軟件組成，向地磁匹配模塊提供精確的地磁圖數(shù)據(jù)，為地磁匹配算法提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。地磁探測模塊由磁傳感器、數(shù)據(jù)預(yù)處理及干擾補(bǔ)償軟件組成，向地磁圖匹配系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)測量地磁參數(shù)。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為地磁匹配系統(tǒng)提供導(dǎo)航參數(shù)。所述地磁匹配儀器的地磁匹配定位技術(shù):把預(yù)先規(guī)劃好的海洋鉆井平臺(tái)的航跡上末段區(qū)域某些點(diǎn)的地磁場特征量繪制成參考圖(或稱基準(zhǔn)圖)，存儲(chǔ)在載體計(jì)算機(jī)中，當(dāng)海洋鉆井平臺(tái)經(jīng)過這段地區(qū)的時(shí)候，由地磁探測模塊實(shí)時(shí)測量出經(jīng)過這些點(diǎn)的地磁場特征量，以構(gòu)成實(shí)時(shí)圖測量序列，并在海洋鉆井平臺(tái)上的地磁匹配模塊與參考圖進(jìn)行相關(guān)匹配，計(jì)算出海洋鉆井平臺(tái)的實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度位置信息(坐標(biāo)位置)，供導(dǎo)航計(jì)算機(jī)解算導(dǎo)航信息。由于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在垂直方向可觀測度低，垂直方向高度信息輸出不穩(wěn)定，所以測深測潛儀提供海洋鉆井平臺(tái)垂直方向的高度信息，同時(shí)所述捷捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為法國IXSEA公司生產(chǎn)的PHINES捷聯(lián)系統(tǒng)，所述多普勒速度聲納為美國Sontek公司的三波束多普勒聲納，其跟蹤測速精度為0.2%，因此能提高本發(fā)明的姿態(tài)監(jiān)控及定位導(dǎo)航的精度。慣性測量單元(Inertial Measurement Unit)采用三軸光纖陀螺儀和三軸加速度計(jì)。信息融合模塊使用PC104計(jì)算機(jī)進(jìn)行濾波計(jì)算。三軸光纖陀螺儀直接輸出數(shù)字信號，將敏感到的角度信息直接送到PC104計(jì)算機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航計(jì)算。三軸加速度計(jì)經(jīng)過濾波電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后輸送到微處理器單元，從微處理器單元輸出數(shù)字信號到信息融合模塊。[0037]水下海洋鉆井平臺(tái)地磁輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是:水下海洋鉆井平臺(tái)在海洋鉆井平臺(tái)過程中，作為參考導(dǎo)航系統(tǒng)的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)給出一系列航跡點(diǎn)，并由地磁測量儀(地磁探測模塊)獲得相應(yīng)地點(diǎn)的地磁值實(shí)時(shí)圖測量序列。由于導(dǎo)航設(shè)備誤差和漂移以及其他未知因素和隨機(jī)環(huán)境的影響將使通過參考導(dǎo)航系統(tǒng)的得到的測量航跡與真實(shí)航跡之間存在差別，我們希望利用實(shí)時(shí)測量的地磁數(shù)據(jù)在一個(gè)事先存儲(chǔ)的數(shù)字地磁圖(參考圖)上進(jìn)行匹配定位，估計(jì)水下海洋鉆井平臺(tái)實(shí)際航跡進(jìn)而校正位置誤差。本實(shí)用新型的實(shí)施例針對水下海洋鉆井平臺(tái)組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控與導(dǎo)航定位需求，結(jié)合借助地磁導(dǎo)航系統(tǒng)可以給出經(jīng)緯度位置信息、多普勒速度聲納的速度信息以及測深測潛儀的深度信息誤差隨著時(shí)間不發(fā)散的優(yōu)勢，對水下海洋鉆井平臺(tái)組合姿態(tài)監(jiān)控和導(dǎo)航定位進(jìn)行改進(jìn)，提高了組合導(dǎo)航系統(tǒng)長時(shí)間姿態(tài)監(jiān)控導(dǎo)航定位精度，提高了系統(tǒng)的可用性。上面結(jié)合附圖所描述的本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式，而不是作為對前述發(fā)明目的和所附權(quán)利要求內(nèi)容和范圍的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)和權(quán)利保護(hù)范疇。
權(quán)利要求1.一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置，用于海洋鉆井平臺(tái)的姿態(tài)監(jiān)控及定位，其特征在于:包括捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁導(dǎo)航系統(tǒng)、測深測潛儀、多普勒速度聲納以及信息融合模塊， 所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于測量海洋鉆井平臺(tái)的位置、速度以及姿態(tài)航向信息，并將該位置、速度以及姿態(tài)航向信息輸送給信息融合模塊，同時(shí)所述捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為地磁導(dǎo)航系統(tǒng)的參考導(dǎo)航系統(tǒng)； 所述地磁導(dǎo)航系統(tǒng)用于測量海洋鉆井平臺(tái)的經(jīng)緯度位置信息，并將該經(jīng)緯度位置信息輸送給信息融合模塊； 所述測深測潛儀用于測量海洋鉆井平臺(tái)的高度信息，并將該高度信息輸送給信息融合模塊； 所述多普勒速度聲納用于測量海洋鉆井平臺(tái)的速度信息，并將該速度信息輸送給信息融合模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置，其特征在于:所述地磁導(dǎo)航系統(tǒng)為地磁匹配儀器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位裝置，用于海洋鉆井平臺(tái)的姿態(tài)監(jiān)控及定位，包括捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁導(dǎo)航系統(tǒng)、測深測潛儀、多普勒速度聲納以及信息融合模塊。本實(shí)用新型不僅能實(shí)現(xiàn)高精度的海洋鉆井平臺(tái)姿態(tài)監(jiān)控及定位導(dǎo)航的要求，而且提高了海洋鉆井平臺(tái)航行的可靠性和實(shí)用性。
文檔編號B63B35/44GK202928583SQ20122032863
公開日2013年5月8日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者王其, 唐慧強(qiáng), 張自嘉, 楊常松 申請人:南京信息工程大學(xué)