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管道内检测器惯性导航定位方法的研究

作　者: 李瑞强
导　师: 杨理践
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 管道内检测器 导航定位 捷联导航 卡尔曼滤波 数据分析
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


工业能源的基础原料之一是石油天然气,其主要依靠长输管道进行运输。运输环境的安全直接关系到国家能源的安全,其日常的检测和维护是非常必要的,由此管道无损检测技术蓬勃发展起来,其中基于漏磁原理的管道内检测器成为一枝独秀。它通过对管道进行在线检测,经过细致分析后获得有价值的管道安全信息。随着计算机的发展,智能化管道内检测器成为目前技术的一个研究方向,通过惯性器件组建导航定位系统辅助管道内检测器完成定位导航任务,也是这些年来一个重要的目标。这样即能够为构建数字化管道管理体系提供更多的管道监测信息;也能为管道内检测器的智能化发展提供重要的参考依据。针对长输管线中管道内检测器在线检测问题,缺陷区域进行维修时定位信息,除了依靠管道内检测器里程轮测量的距离和地上标杆参考点外,还需要更完整、更准确的导航定位信息。本文通过利用惯性器件和里程轮构建惯性导航定位系统,采集管道检测过程中的导航定位信息,利用捷联导航算法分析获得管道内检测器在管道中运行的状态信息和位置信息。通过卡尔曼滤波方法修正惯性器件产生的随机误差和白噪声影响,以减少误差对系统数据精度影响。为了证明研究成果,组建的导航定位系统模型进行不同条件环境下的实验研究,确保所得结论的普遍性和科学性。通过计算能够获得导航定位实验模型运行的姿态变化信息、描绘出实验模型的行进轨迹、粗略分析出实验模型对于初始位置的地理坐标变化情况。本文通过导航定位系统的硬件搭建、捷联惯导理论的研究、模型的实验分析研究,分析得出导航定位系统在未来管道内检测器上有重要的应用价值,课题研究的导航定位系统能够完成导航定位任务,进而提供对管道内检测器导航定位方法的探索,为智能化管道内检测器的研究尽一份力量。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 概述  10-23
  1.1 课题的提出及选题依据  10-12
  1.2 课题研究的目的  12
  1.3 课题研究的意义  12-13
  1.4 国内外对长输管道内检测定位方法的研究现状  13-21
    1.4.1 长输管道检测定位方法的发展  13-17
    1.4.2 导航定位惯性器件的发展  17-18
    1.4.3 国外研究现状  18-19
    1.4.4 国内研究现状  19-21
  1.5 课题研究选用的方法和论文的主要内容  21-23
    1.5.1 管道内检测器导航定位系统研究选用的方法  21-22
    1.5.2 论文的主要内容与章节安排  22-23
第二章 惯性导航理论  23-37
  2.1 平台式惯导系统  24-25
  2.2 捷联式惯导系统  25-26
  2.3 管道内检测导航定位系统算法描述  26-36
    2.3.1 捷联惯导基础理论  26-28
    2.3.2 捷联惯导参数说明  28-29
    2.3.3 捷联惯导系统算法理论  29-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 卡尔曼滤波理论  37-46
  3.1 惯性导航系统误差分析  37-39
  3.2 卡尔曼（Kalman）滤波器原理及应用设计  39-45
    3.2.1 卡尔曼滤波信号分析  39-40
    3.2.2 卡尔曼滤波理论  40-44
    3.2.3 卡尔曼滤波在导航定位系统的应用  44-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章 实验平台搭建和研究  46-60
  4.1 惯性器件MIMU 分析  47-52
    4.1.1 陀螺仪基础知识  49-51
    4.1.2 加速度计基础知识  51-52
  4.2 外围导航器件分析  52-57
    4.2.1 中央控制器MSM800XEV  52-54
    4.2.2 数据采集卡DMM-32X-AT  54-55
    4.2.3 电源模块ACS-5160  55-57
    4.2.4 里程轮测速系统  57
  4.3 导航定位系统实验平台搭建  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 导航算法分析研究  60-66
  5.1 算法分析研究  60-62
  5.2 导航算法已知量数据类型  62-63
  5.3 导航算法典型数据处理  63-64
  5.4 导航算法人机化界面设计  64-65
  5.5 本章小结  65-66
第六章 实验与结果分析  66-82
  6.1 实验平台介绍  66-67
  6.2 实验分析  67-80
    6.2.1 直线运动状态分析  69-72
    6.2.2 一个弯道运动状态分析  72-76
    6.2.3 二个弯道运动状态分析  76-79
    6.2.4 长距离运动状态分析  79-80
  6.3 实验误差原因分析  80-81
  6.4 实验预测分析  81
  6.5 本章小结  81-82
第七章 结论  82-83
参考文献  83-87
附录A 惯性捷联导航中的特殊符号  87-88
在学研究成果  88-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统
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