[发明专利]水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统及其测绘定位方法

权利要求书

1.一种水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，包含利用通讯电缆(2’)连接的地下随钻姿态测量系统(1’)以及地面数据处理系统(3’)；所述的地下随钻姿态测量系统(1’)包含三轴光纤陀螺(1)、三轴加速度计(2)、磁强计(3)、倾斜计(4)、电路连接所述三轴光纤陀螺(1)、三轴加速度计(2)、磁强计(3)和倾斜计(4)的数据同步采集子系统(6)、还包含电路连接所述数据同步采集子系统(6)的数据通信子系统(7)，还包含分别电路连接数据同步采集子系统(6)和数据通信子系统(7)的电源管理模块(5)；

数据同步采集子系统在同步时钟的控制下采集三轴加速度计、三轴光纤陀螺、磁强计、倾斜计的实时数据，并对它们进行滤波，然后通过数据通信子系统将采集的实时数据发送到地面数据处理及显示模块中，最后由地面数据处理及显示模块融合里程计和地下随钻姿态测量系统的探测数据，将水平钻的姿态及位置计算出来，显示并存档，其中，电源管理模块用于电源充电管理及电量测量。

2.如权利要求1所述的水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，所述的地下随钻姿态测量系统(1’)安装在水平导向钻钻杆(4’)与回括器(5’)之间，或者安装在水平导向钻钻杆(4’)与导向板(6’)之间。

3.如权利要求1所述的水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，所述的数据同步采集子系统(6)包含电路连接所述三轴光纤陀螺(1)和三轴加速度计(2)的A/D转换模块(11)、电路连接所述磁强计(3)、倾斜计(4)和A/D转换模块(11)的逻辑控制电路FPGA(13)，还包含分别电路连接所述A/D转换模块(11)和逻辑控制电路FPGA(13)的微处理器MPU(12)。

4.如权利要求1所述的水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，所述的数据通信子系统(7)包含电路连接所述微处理器MPU(12)的总线收发器(17)、以及电路连接所述总线收发器(17)的总线驱动器(18)。

5.如权利要求1所述的水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，所述电源管理模块(5)包含电路连接所述总线收发器(17)的电源管理模块(15)、电路连接所述电源管理模块(15)的电池组(14)、以及电路连接所述电源管理模块(15)和电池组(14)的电源变换模块(16)。

6.如权利要求1所述的水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，所述的地面数据处理系统包含电路连接所述数据通信子系统(7)的地面数据处理及显示模块(10)、以及电路连接所述地面数据处理及显示模块(10)的GPS接收机(8)和里程计(9)。

7.如上述任何一个权利要求之一所述的水平导向钻管线轨迹自主测绘定位系统，其特征在于，所述的地下随钻姿态测量系统中的三轴光纤陀螺(1)、三轴加速度计(2)、磁强计(3)、倾斜计(4)、数据同步采集子系统(6)、数据通信子系统(7)、电源管理子系统(5)逐序分别装在圆柱形刚体(19)内，由穿线活塞(20)、密封金属端盖(21)、顶紧O形圈(22)将其连接并密封，组装形成一体。

8.一种测绘定位方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、电源管理模块收到地面数据处理系统发送的开机命令，开启电源变换模块，地下随钻姿态测量系统开始工作；

步骤2、数据同步采集子系统内的微处理器MPU产生时间同步信号，对其内部的A/D转换和逻辑控制电路FPGA进行时间同步；

步骤3、微处理器MPU对三轴光纤陀螺、三轴加速度计、磁强计和倾斜计进行同步数据采集，同时对采集的数据进行低通滤波和抗干扰滤波；

步骤4、微处理器MPU将处理后的数据通过数据通信子系统中的总线收发器和总线驱动器发送到地面数据处理系统；

步骤5、地面数据处理系统对随钻姿态测量系统采集的姿态数据进行分析；

步骤6、根据步骤5得到的姿态数据和轨迹数据，将探测数据向钻头姿态和行进轨迹投影，绘制探测成像图。