Алгоритмы и способы повышения точности работы системы ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.03, кандидат наук Копичева, Алла Алексеевна

• Копичева, Алла Алексеевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Копичева, Алла Алексеевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ИМЕЮЩИХСЯ ПУБЛИКАЦИЙ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Обзор научных трудов по теории и применению интегрированных бесплатформенных инерциальных систем ориентации и навигации внутритрубных снарядов-дефектоскопов

1.2 Обзор алгоритмов работы бесплатформенных инерциальных систем ориентации внутритрубных снарядов-дефектоскопов

1.2.1 Алгоритмы определения параметров ориентации ВСД для автономной БИСО с оценками угловых скоростей и кажущихся ускорений в проекциях на оси объектового трехгранника

1.2.2 Алгоритмы определения параметров ориентации ВСД для автономной БИСО с приведением оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтного трехгранника

1.3 Обзор и анализ известных методов и способов повышения точности решения задачи ориентации ВСД и позиционирования трубопровода

1.4 Постановка задачи

ГЛАВА 2 ПОСТРОЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ ВНУТРИТРУБНЫХ СРЕДСТВ ДЕФЕКТОСКОПИИ

2.1 Анализ условий работы корректируемой БИСО в составе внутритрубных средств дефектоскопии

2.2 Построение физической модели и функциональной схемы интегрированной системы ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии

2.3 Построение математической модели интегрированной системы ориентации и навигации ВСД

2.3.1 Модели инерциальных датчиков БИСО ВСД

2.3.2 Две разновидности алгоритмов функционирования интегрированной БИСО с учетом влияния углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода

2.3.2.1 Алгоритмы ориентации с использованием оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений в осях объектового трехгранника

2.3.2.2 Алгоритмы ориентации с приведением оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтной системы координат

2.3.3 Алгоритмы функционирования интегрированной системы навигации ВСД

2.4 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3 УРАВНЕНИЯ ОШИБОК ИНТЕГРИРОВАННОЙ БИСО ДЛЯ ВСД. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ И СПОСОБЫ КОМПЕНСАЦИИ УГЛОВОГО СМЕЩЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ВСД ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ТРУБОПРОВОДА

3.1 Дифференциальные уравнения ошибок БИСО и оценка влияния углового смещения на решение задач ориентации ВСД и позиционирования трубопровода с использованием интегрированной БИСОН

3.1.1 Модель ошибок БИСО в случае применения алгоритмов ориентации с приведением оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтного трехгранника

3.1.2 Модель ошибок БИСО в случае применения алгоритмов с использованием оценок угловых скоростей и кажущихся ускорений в проекциях на оси объектового трехгранника

3.1.3 Влияние углового смещения на решение задачи позиционирования трубопровода

3.2 Способы компенсации влияния углового смещения на погрешности определения высотной координаты трубопровода

3.2.1 Способ снижения погрешностей определения координат за счет влияния углового смещения в случае вращения ВСД

3.2.2 Способ компенсации влияния углового смещения на точность определения высотной координаты с использованием сведений о рельефе местности

3.3 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ АВТОНОМНОЙ БИСО И ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДА НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УГЛОВОГО СМЕЩЕНИЯ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1 Исследование методических погрешностей двух разновидностей алгоритмов ориентации и приемлемого уровня погрешностей ДПИ при движении объекта с малыми углами тангажа (< 20°) методом математического моделирования

4.2 Исследование методических погрешностей двух разновидностей алгоритмов ориентации и приемлемого уровня погрешностей ДПИ при движении объекта с большими углами тангажа (> 20°) методом математического моделирования

4.3 Исследование уровня ошибок БИСО от параметров углового смещения

4.4 Исследование эффективности применения алгоритмов компенсации углового смещения в случае вращения ВСД на основе метода наименьших квадратов

4.5 Выводы по главе 4

ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И АПРОБАЦИЯ АЛГОРИТМОВ КОРРЕКТИРУЕМОЙ БИСО И СПОСОБОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОМПЕНСАЦИИ УГЛОВОГО СМЕЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛУНАТУРНЫХ И НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ БИСО В СОСТАВЕ ВСД

5 Л Сопоставление результатов решения задач ориентации с использованием алгоритмов с приведением угловых скоростей к осям объектового и горизонтного базисов по результатам полунатурных испытаний БИСО

5.2 Апробация алгоритмов определения параметров ориентации ВСД для автономной БИСО с приведением угловых скоростей к осям объектового и горизонтного базисов при обследовании реальных трубопроводов

5.3 Исследование достижимой точности компенсации погрешностей от углового смещения по результатам натурных испытаний БИСО в составе ВСД при движении с вращением

5.4 Исследование достижимой точности определения высотной координаты с использованием сведений о рельефе местности по результатам реальных записей сигналов БИСО в составе ВСД

5.5 Выводы по главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы и способы повышения точности работы системы ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема надежной эксплуатации магистральных трубопроводов затрагивает интересы всех крупнейших нефтяных и газовых компаний мира. В Российской Федерации функционируют магистральные нефте- и газопроводы общей протяженностью свыше 600 тыс. км. Как правило, аварии магистральных трубопроводов (ТП) сопровождаются большими экологическими разрушениями и экономическими потерями. Для исключения аварий трубопроводов в нефтегазовой отрасли налажен их периодический мониторинг с помощью широкого спектра технических средств как наружного, так и внутреннего контроля их состояния.

Общепризнано, что метод внутритрубной дефектоскопии позволяет с наибольшей эффективностью и с меньшими экономическими затратами обнаруживать коррозионные поражения, механические повреждения и отклонения от строительных норм трубопроводов. Данный метод относится к группе методов так называемого «неразрушающего контроля» и, что немаловажно, осуществляется без остановки процесса транспортировки газо- или нефтепродукта по исследуемому участку трубопровода.

Инструментом такого контроля являются внутритрубные средства дефектоскопии (ВСД) различных классов:

• профилемеры, определяющие геометрические параметры ТП;

• дефектоскопы на основе магнитных или ультразвуковых датчиков, определяющие тип повреждения металла стенки трубы (коррозионное, механическое) и глубину его поражения;

• навигационно-топографические ВСД, позволяющие определять пространственные координаты трубопровода и его дефектов.

Для снижения затрат на ремонт магистральных ТП требуется знание положения его элементов и дефектов на местности с погрешностью, соизмеримой с шириной ковша землеройных машин (1 м). Точные пространственные координаты трубопроводов необходимы и для решения вопросов землепользования: составления кадастров, подготовки проектной документации

на строительство вблизи охранной зоны и др. Привязка дефектов трасс магистральных ТП (особенно многониточных) к карте местности позволяет выявлять пространственно обусловленные факторы их развития, более эффективно прогнозировать техническое состояние магистрального ТП и планировать ремонтно-восстановительные работы.

Уровень безопасности и надежности трубопровода определяется не только дефектами труб и сварных соединений, но и уровнем напряженно-деформированного состояния элементов трубопровода. Известно, что максимальное количество отказов и аварий на подземных трубопроводах происходят в начальный период их эксплуатации - другими словами, в период, когда уложенные в землю трубы испытывают наибольшие перемещения, связанные с осадкой грунтов и восстановлением нарушенных при строительстве водотоков. Контроль таких перемещений, их мониторинг позволяют выявлять наиболее опасные места и своевременно принимать необходимые меры. Особенно актуальна эта проблема для новых трубопроводов, проложенных в гористой местности или местности с нестабильным тектоническим состоянием, а также на участках с большой неоднородностью плотности грунта при сезонных колебаниях температуры. Для определения таких мест требуется знание положения газопровода на местности с точностью до десятков сантиметров.

Не менее важным параметром пространственного положения трубопровода является его расположение под землей, в первую очередь глубина его залегания. Этот параметр строго регламентируется на этапе строительства трубопроводов Строительными нормами и правилами для магистральных трубопроводов СНиП 2.05.06-85*. Согласно данным СНиП, заглубление трубопроводов до верха трубы надлежит принимать не менее 0.6 м, однако глубина залегания отдельных участков трубопровода определяется характеристиками местности. За время эксплуатации трубопровода глубина его залегания может меняться. Это связано с естественными природными процессами, такими как размытие дна рек, пучение грунта, естественное осушение болот, оползневые процессы и т.п. В связи с этим актуальна

необходимость мониторинга глубины залегания трубопровода с течением времени.

Для решения задачи позиционирования трубопровода перспективным направлением является использование на борту внутритрубного средства дефектоскопии (ВСД) интегрированных систем ориентации и навигации. Такие системы обычно представляют собой совокупность бесплатформенной инерциальной системы ориентации (БИСО) и системы навигации в виде одометров, спутниковых навигационных систем (СНС) и геодезических средств для определения координат характерных точек трубопровода.

Точность решения задачи позиционирования трубопровода определяется погрешностями СНС, одометрической системы («0.1%) и погрешностями решения задачи ориентации. При этом следует отметить, что БИСО, установленная на борту ВСД, определяет ориентацию приборного трехгранника, а для решения задачи счисления координат на основе интегрирования сигналов одометрической системы требуется определять текущую ориентацию оси и других точек ТП. Из опыта эксплуатации ВСД известно, что угловое смещение продольной оси инспектирующего снаряда относительно оси ТП может составлять порядка 1 что при длине участка ТП до 1 км может привести к погрешности определения координат до 20 м.

Работой в области подземной навигации успешно занимаются такие организации как ROSEN, Tuboscope Pipeline Services Inc (США), ЗАО «Газприборавтоматикасервис» (Саратов, Россия), ЗАО НПО «Спецнефтегаз» (Екатеринбург, Россия).

Целью настоящей работы является разработка способов и алгоритмов повышения точности интегрированных бесплатформенных систем ориентации и навигации средств внутритрубной дефектоскопии.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

• провести анализ современных подходов к решению задач ориентации и способов повышения точности позиционирования трубопровода с помощью ВСД;

• исследовать и сопоставить уровни методических и инструментальных погрешностей и выработать рекомендации по использованию различных вариантов построения алгоритмов работы БИСО в виде дифференциальных кинематических уравнений Эйлера с введенными в них членами коррекции, для различных режимов движения ВСД с малыми (< 20°) и большими (> 20°) углами тангажа;

• разработать и исследовать алгоритмы и способы идентификации и компенсации влияния углового смещения продольной оси снаряда относительно оси трубопровода на точность его позиционирования для случаев движения ВСД с вращением и без вращения;

• внедрить в производство внутритрубных средств навигации и дефектоскопии результаты исследований, разработанные алгоритмы и способы компенсации влияния углового смещения.

В качестве научной новизны можно отметить следующее:

• построены алгоритмы функционирования интегрированной бесплатформенной инерциальной системы ориентации и навигации (БИСОН) с учетом влияния углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода;

• методами математического моделирования и сопоставительного анализа определены границы применимости настройки на частоту Шулера и выработаны рекомендации по требуемой точности инерциальных ДПИ при решении задачи ориентации ВСД двумя разновидностями алгоритмов ориентации на основе дифференциальных кинематических уравнений Эйлера с введенными членами коррекции, отличающимися использованием угловых скоростей и кажущихся ускорений в проекциях на оси объектового или горизонтного базисов, в условиях движения основания с малыми (< 20°) и большими (> 20°) углами тангажа;

• выведены конечные формулы ошибок интегрированной БИСОН в зависимости от углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода, в которых в явном виде показана зависимость от угла крена соответствующих ошибок определения параметров ориентации и навигации;

• разработаны алгоритмы и способы идентификации и компенсации углового смещения продольной оси ВСД относительно оси ТП:

— аналитически и экспериментально показано, что идентификация углового смещения возможна на основе выявления корреляции изменения оценок углов тангажа и азимута от оценок угла крена, т.е. только по выходным параметрам БИСО, а также что использование сведений о рельефе местности позволяет компенсировать в том числе и угловое смещение при отсутствии вращения ВСД;

- аналитически и экспериментально произведена оценка эффективности применения алгоритмов и способов компенсации влияния углового смещения продольной оси снаряда относительно оси трубопровода на точность позиционирования ТП.

Методы исследования. Рассматриваемые в диссертационной работе задачи решаются с использованием методов и математического аппарата теории инерциальной навигации, теории дифференциальных уравнений, теории автоматического управления, теории устойчивости, методов системного анализа, методов математического моделирования и экспериментальных исследований.

Достоверность результатов обеспечивается корректностью математической постановки задач, строгостью применяемых методов решения, подтверждением основных теоретических предпосылок результатами математического моделирования и экспериментов.

На защиту выносятся:

•математические модели работы интегрированной БИСОН с учетом влияния углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода;

•математические модели ошибок функционирования БИСО для алгоритмов двух разновидностей с учетом влияния углового смещения и законы формирования ошибок оценок параметров ориентации и навигации от углового смещения;

•обоснование границ применимости настройки на частоту Шулера и выработанные рекомендации по требуемой точности инерциальных ДПИ для алгоритмов ориентации на основе корректируемых дифференциальных кинематических уравнений Эйлера с приведенными к объектовому или горизонтному базисам оценками параметров ориентации, в условиях движения основания с малыми (< 20°) и большими (> 20°) углами тангажа;

•алгоритмы и способы идентификации и компенсации влияния углового смещения на основе корреляции изменения углов тангажа и азимута от угла крена при наличии углового смещения и с использованием сведений о рельефе местности.

Практическая ценность. На основе проведенного сопоставительного анализа алгоритмов ориентации в виде дифференциальных кинематических уравнений Эйлера с введенными членами коррекции с приведенными к объектовому и горизонтному базисам оценками параметров ориентации выработаны рекомендации по требуемой точности инерциальных ДПИ для решения задачи ориентации ВСД, необходимые при проектировании БИСО повышенной точности для ВСД.

Разработанные алгоритмы и способы идентификации и компенсации влияния углового смещения продольной оси ВСД относительно оси ТП позволяют снизить требования по жесткости к манжетам снаряда (что улучшает его эксплуатационные параметры) и существенно снизить погрешности определения координат ТП без изменений конструкции ВСД и состава его бортового оборудования (за счет использования избыточности информации).

Исследования эффективности двух разновидностей алгоритмов ориентации были использованы при совершенствовании и оптимизации алгоритмов работы бесплатформенных инерциальных систем ориентации для внутритрубных навигационных инспектирующих снарядов производства ЗАО «Газприборавтоматикасервис».

Разработанные способы и алгоритмы идентификации и компенсации влияния углового смещения внедрены в технологию навигационного

обследования трубопроводов всех диаметров средствами внутритрубной дефектоскопии ЗАО «Газприборавтоматикасервис».

В первой главе приводится обзор трудов по теории и практике повышения точности решения задач ориентации ВСД и позиционирования ТП.

Приводятся описания различных уравнений ориентации, применяемых при исследовании трубопроводов. Производится обзор существующих инерциальных датчиков, применяемых в составе БИСО для ВСД, а также обзор известных методов и способов повышения точности алгоритмов работы интегрированных бесплатформенных инерциальных систем ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии. Поставлены и обоснованы задачи диссертационного исследования.

Во второй главе описан подвижный объект - внутритрубный снаряд-дефектоскоп (ВСД), на котором устанавливается БИСО, интегрированная со спутниковой навигационной системой (СНС), одометрами и магнетометрами. Приведен анализ условий работы интегрированной БИСОН в составе ВСД, построены ее физическая и математическая модели.

Отмечено, что в отличие от наиболее распространенных способов применения инерциальных модулей на подвижных объектах в данном случае требуется решить задачи ориентации и навигации не для самого подвижного объекта - ВСД, а для трубопровода, по которому он движется. При этом следует отметить, что между осью трубопровода и соответствующей осью инерциального модуля, как правило, присутствует угловое смещение порядка 1° (что зачастую значительно превышает погрешности БИСО). В результате этого приходится решать задачу ориентации и навигации при использовании исходной информации в различных измерительных базисах (одометрическая - в трубной системе координат, инерциальная - в приборной системе координат). Не скомпенсированное угловое смещение данных базисов может приводить к значительным погрешностям определения пространственных координат трубопроводов (до десятков метров).

При построении математической модели интегрированной БИСОН выводятся две разновидности алгоритмов функционирования БИСО на основе дифференциальных кинематических уравнений Эйлера с введенными членами горизонтальной коррекции с учетом влияния углового смещения ВСД относительно продольной оси трубопровода:

- с использованием угловых скоростей и кажущихся ускорений в проекциях на оси объектового трехгранника (1-я разновидность);

- с приведением угловых скоростей и кажущихся ускорений к осям горизонтного базиса (2-я разновидность).

Приводятся алгоритмы интегрированной системы навигации, применение которых по сигналам одометра и приборов и систем неинерциальной природы, а также с использованием параметров ориентации ВСД, полученных БИСО, позволяет решить задачу позиционирования трубопровода.

В третьей главе строятся и решаются уравнения ошибок для выведенных алгоритмов функционирования БИСО, находятся аналитическим путем формулы для составляющих их ошибок от углового смещения. Анализируются свойства решений уравнений ошибок двух типов алгоритмов ориентации и аналитически показываются их различия.

Для определения характера влияния параметров углового смещения на ошибки интегрированной БИСОН строятся математические модели ошибок при равномерном движении и вращении ВСД по крену (у/ = в = 0;у = у-1). На основе анализа решений упрощенной структуры уравнений ошибок выводятся формулы для ошибок оценок параметров ориентации и позиционирования от углового смещения для установившегося движения, справедливые для обеих разновидностей алгоритмов ориентации, в двух случаях: с введенными членами позиционной и интегральной коррекции {кд,кг>0, кд,к'г>0) и без интегральной

коррекции (кв,кг>0, к'д,к'у= 0). Показано, что при отсутствии интегральной коррекции отсутствует постоянная составляющая погрешности.

Предлагаются два способа идентификации и компенсации углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода - для вращающегося и не вращающегося по крену ВСД, когда у = const.

В первом способе предлагается определять параметры углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода по результатам предварительного решения задачи навигации на основе корреляции ошибок определения углов тангажа и рыскания, вызванных угловым смещением, с изменением угла крена.

Основными условиями использования представленного способа являются:

1. Наличие вращательного движения ВСД вокруг продольной оси во время обследования участка трубопровода, что достаточно часто выполняется. При соблюдении определенных конструктивных решений вращение может быть обеспечено постоянно. При отсутствии вращения или при нерегулярном вращении данным способом невозможно определить величину углового смещения.

2. Для исключения потери части информации о рельефе местности и тем самым снижения точности из-за предварительной фильтрации вычисленного угла тангажа при использовании данного способа для нахождения параметров углового смещения необходимо выбирать участки траектории с незначительным изменением рельефа местности.

В случае отсутствия вращательного движения ВСД (у = const = у0) предлагается второй способ снижения погрешности определения высотной координаты трубопровода (в том числе и из-за углового смещения).

В данном способе предлагается использовать сведения о рельефе местности, полученные, например, методом геодезических измерений координат доступных участков осевой линии трубопровода. Стоит отметить, что не всегда есть возможность измерить координаты на всем участке трубопровода, например, на подводных переходах, в гористой или болотистой местности. В таком случае корректировка производится на доступных участках и полученный

корректирующий угол тангажа применяется при инерциальном просчете на недоступном участке.

В четвертой главе методом математического моделирования произведено исследование двух разновидностей алгоритмов ориентации на основе дифференциальных кинематических уравнений Эйлера с введенными членами коррекции. При работе автономной БИСО рассматривались две разновидности алгоритмов ориентации. Исследовались методические погрешности, а также оценка погрешностей определения параметров ориентации в зависимости от уровня погрешностей инерциальных датчиков первичной информации (ДПИ), при режиме движения с малыми (<20°) и большими (>20°) углами тангажа:

- показано, что в алгоритмах 1-й разновидности при наклонах основания >20° нарушается настройка на период Шулера, что приводит к увеличению их методических погрешностей на 2..3 порядка по отношению к алгоритмам 2-й разновидности (10"2... 10"1 угл.град против 10"5...10"4 угл.град);

- при сопоставительном анализе методических погрешностей с инструментальными установлено, что при нестабильности скорости дрейфа гироскопов более 2°/ч влияние инструментальных погрешностей на ошибки оценок параметров ориентации алгоритмами 2-й разновидности сопоставимо с методическими погрешностями алгоритмов 1-й разновидности, т.е. применение алгоритмов 2-й разновидности эффективно при нестабильности скорости дрейфа гироскопов менее 1 °/ч.

Также математическим моделированием было произведено исследование эффективности применения способа и алгоритмов компенсации погрешностей, связанных с угловым смещением продольной оси ВСД относительно оси ТП на основе их корреляции с креном. Сделано заключение, что при использовании данного метода в реальных условиях необходимо избегать в расчетах участков трасс, где наблюдается существенное изменение рельефа (> 3...5 м), а также необходимым условием является наличие вращения снаряда по крену с периодом 100-300 м за оборот.

В пятой главе представлены результаты проверки алгоритмов ориентации с использованием угловых скоростей и кажущихся ускорений в объектовом и горизонтном базисах, а также эффективности предложенных алгоритмов и способов идентификации и компенсации углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода на основе натурных записей реальных ДПИ в составе реального ВСД.

Экспериментально показано, что при существующем наборе инерциальных датчиков первичной информации в составе ВСД использование алгоритмов ориентации 1-й и 2-й разновидностей показывает равнозначную точность, что является подтверждением выводов математического моделирования.

Также показано, что погрешность определения высотной координаты от углового смещения продольной оси ВСД относительно оси трубопровода может составлять 1...3 м, предложенные способы позволяют снизить данную погрешность до 0.2.. .0.5 м, что является достаточной для практики точностью.

Основное содержание диссертационной работы отражено в публикациях [2, 28, 34, 36, 37, 38, 39, 40, 58, 66, 69].

Автор выражает большую признательность генеральному директору ЗАО «Газприборавтоматикасервис» Синеву А.И. за разрешение использования в диссертационной работе натурных данных пропусков ВСД на участках реальных трубопроводов, а также благодарность к.т.н. Никишину В.Б. за многочисленные консультации по работе над диссертацией.

ГЛАВА 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ИМЕЮЩИХСЯ ПУБЛИКАЦИЙ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Обзор научных трудов по теории и применению интегрированных бесплатформенных инерцнальных систем ориентации и навигации внутритрубных снарядов-дефектоскопов

В решении задач ориентации и навигации для определения координат пространственного положения и выработки данных для управления подвижными объектами важную роль играют системы ориентации и навигации. При работе автономных инерциальных систем ориентации и навигации [6, 5, 32, 54, 26] используется метод измерения ускорения судна или летательного аппарата и определения его скорости, положения и расстояния, пройденного им от исходной точки.

Бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) удовлетворяют возросшим требованиям, предъявляемым к энергоэкономичности, массе, габаритам приборов в настоящее время. К БИНС относят системы, чувствительные элементы которых установлены непосредственно на корпусе подвижного объекта, а угловое положение объекта и его географические координаты относительно осей опорной системы координат вычисляются алгоритмически в бортовом компьютере [8, 18, 9, 16, 47, 72, 76, 62].

Интегрированная бесплатформенная система ориентации и навигации (БИСОН) для навигационно-топографического внутритрубного снаряда-дефектоскопа (НТ ВСД) представляет собой совокупность бесплатформенной инерциальной системы ориентации (БИСО), одометрической системы и спутниковой навигационной системы (СНС), а также геодезических средств определения географических координат реперных точек (СНС - приемники, тахеометры, трассоискатели и т.п.) [90, 59, 55, 60, 61, 20, 10, 45, 46].

Базовая структура автономной БИСОН приведена на рисунке 1.1 [16].

Рисунок 1.1 Структура БИСОН

Ее основу составляет измерительный блок, устанавливаемый непосредственно на корпусе подвижного объекта. Посредством инерциальных чувствительных элементов он вырабатывает информацию о векторе кажущегося ускорения (блок акселерометров) и параметрах вращательного движения (блок гироскопов [25]) места установки. В случае использования трехстепенных гироскопов (например, ЭСГ) - это параметры ориентации векторов их кинетических моментов, в случае использования датчиков угловой скорости (ДУС) - составляющие векторов абсолютной угловой скорости или интегралов от них (так называемые квазикоординаты) [33, 21, 75, 15, 12, 47]. В случае, когда вместо гироскопов используются угловые или разнесенные акселерометры — составляющие вектора углового ускорения или вектора угловой скорости [72, 80]. По результатам данной информации в блоках определения ориентации и навигации по заложенным алгоритмам функционирования БИСОН вырабатываются значения параметров ориентации и навигации места установки блока датчиков. В качестве начальных значений выступают, как правило, исходные параметры ориентации объекта (до начала движения), исходные координаты и значение азимута объекта в точке начала движения.

Особо стоит отметить отечественные предприятия, занимающиеся разработкой БИНС: МИЭА, НИИ ПМ им. акад. Кузнецова (г. Москва), АО «Гранит 16» и ОАО «Концерн ЦНИИ Электроприбор» (г. Санкт-Петербург), ОАО Раменское приборостроительное конструкторское бюро (РПКБ), Пермская

научно-производственная приборостроительная компания (ПНППК), «Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н. А. Пилюгина» (ФГУП «НПЦ АП») и др. Крупнейшими зарубежными производителями БИНС на волоконно-оптических гироскопах по праву считаются предприятия Northrop Grumman, Honeywell, Ixsea [87, 95].

Стандартным составом БИНС считается 3 гироскопических и 3 акселерометрических датчика с ортогональным расположением осей чувствительности [43, 74, 62]. В ряде случаев возможно иное число измерителей и их расположение, когда оси чувствительности пересекаются под углом, отличным от 90° [1,94, 93, 80, 70].

На рисунке 1.2 по материалам [43] приведено состояние в области разработки гироскопов в разрезе наиболее значимого источника погрешностей -случайной составляющей дрейфа нулевого сигнала.

Электростатические гироскопы

Гироскопы на магнитных подвесах

Поплавковые интегрирующие гироскопы

Гироскопы на воздушном подвесе

Волновые твердотельные гироскопы

Кольцевые лазерные гироскопы

Волоконно-оптические гироскопы

Динамически настраиваемые гироскопы

Механические гироскопы

Микромеханические гироскопы

10"

10"

10

10

10-

—I— 1,0

град/ч

10

10-

Рисунок 1.2 Остаточная скорость ухода (в градусах в час) гироскопов различных

классов

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Копичева, Алла Алексеевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авторское свидетельство 609876 СССР, кл. Е21В47/022. Устройство для определения угла искривления и координат ствола буровой скважины / П.К.Плотников, Ю.Н.Челноков, патентообладатель: СПИ. - №2133194/22-03; заявл. 08.05.1975, опубл. 05.06.1978, Бюлл.№21. - Зс.

2. Акеев, В.А. Математическая модель прецизионного кварцевого маятникового акселерометра / В.А. Акеев, Д.М. Калихман, A.A. Копичева // Навигация и управление движением: материалы докладов VIII конференции молодых ученых / науч. ред. д.т.н. O.A. Степанов; под общ. ред. академика В.Г. Пешехонова. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007. - С. 262 - 267.

3. Акселерометр АТ-1104 : каталог продукции [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.temp-avia.m/cata1og/detail/53/.

4. Анализ возможности азимутальной выставки скваженных гироинклинометров в высоких широтах / Я.И. Биндер, Б.А. Блажнов, Т.И. Емельянцев и др. // Гироскопия и навигация. - 2013. - №3. - С. 14-23.

5. Андреев, В. Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы / В. Д. Андреев. - М.: Наука, 1966. - 580 с.

6. Андреев, В. Д. Автономные инерциальные навигационные системы / В. Д. Андреев, Е. А. Девянин // Развитие механики гироскопических и инерциальных систем : сб. статей АН СССР. - М.: Наука, 1973. - С. 307-321.

7. Андропов, A.B. Повышение точности определения местоположения внутритрубных инспекционных снарядов за счет использования спутниковых радионавигационных систем : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.12.04, 05.12.14 : защищена 27.12.2006 / Андропов Алексей Викторович. - Красноярск, 2006. — 20 с. - Библиогр.: с. 19-20.

8. Анучин, О. Н. Бесплатформенные инерциальные системы навигации и ориентации (БИНС и БИСО) : учеб. пособие / О. Н. Анучин, Г. И. Емельянцев. -СПб. : СПб. гос. ин-тточн. мех. и опт. (техн. ун-т), 1995. - 112 с.

9. Анучин, О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / О.Н. Анучин, Г.И. Емельянцев ; под общ. ред.

акад. РАН В.Г. Пешехонова. - СПб. : Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2003. -390 с.

10. Бакурекий, H.H. Применение бесплатформенных инерциальных систем ориентации и навигации на диагностических подвижных аппаратах внутритрубного контроля магистральных трубопроводов : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.11.03 : защищена 28.12.1999 / Бакурекий Николай Николаевич. -Саратов, 1999. - 20 с. -Библиогр.: с. 19-20.

11. Белянин, JI.H. О метрологическом обеспечении систем гирокомпасирования в каналах азимутов инклинометров / JI.H. Белянин, А.Н. Голиков // Автоматизация и информационное обеспечение технологических процессов в нефтяной промышленности : сб. тр. ОАО «Геофит» ВНК. : в 2 т. / Томск : Изд-во Томке, ун-та, 2002. - Т.2. - С. 70-77.

12. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на волоконных гироскопах, интегрированная с СНС БИНС-1000, БИНС-500, прецизионный одноосный измеритель угловой скорости (волоконно-оптический гироскоп) ОИУС-2000, трехосный измеритель угловой скорости ТИУС-500 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.optolink.ru

13. Биндер, Я.И. Калибровка датчиков угловой скорости с механическим носителем вектора кинетического момента в составе бесплатформенных инерциальных измерительных модулей / Я.И. Биндер, Т.В. Падерина, О.Н. Анучин // Гироскопия и навигация. - 2003. - №3. - С. 3-1.

14. Биндер, Я.И. Азимутальная выставка гироинклинометров для скважин произвольной ориентации с использованием GPS-компаса / Я.И. Биндер, B.C. Первовский // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2008. - №57. - С. 41 - 46.

15. Блажнов, Б. А. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации, построенная по сильносвязанной схеме / Б. А. Блажнов [и др.] // XVI Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным инерциальным системам : сб. тр. XVI Междунар. конф. - СПб. : ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - С. 153-162.

16. Большаков, A.A. Математическое моделирование работы интегрированных бесплатформенных систем ориентации и навигации локального назначения: автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук : 05.13.18, 05.11.03 : защищена 03.12.2004 / Большаков Алексей Александрович. — Саратов, 2004. - 20 с. - Библиогр.: с. 19-20.

17. Бранец, В.Н. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела / В.Н. Бранец, И.П. Шмыглевский. - М.: Наука, 1975. - 320 с.

18. Бромберг, П.В. Теория инерциальных систем навигации / П.В. Бромберг. -М. : Наука ФМ, 1979. - 296 с.

19. Гибридные микроэлектромеханические гироскопы и акселерометры / С.Ф. Коновалов, Ю.А. Пономарев, Д.В. Майоров и др. // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2011. -№10.-С. 59.

20. Голован, A.A. Математические основы навигационных систем. Часть II. Приложения методов оптимального оценивания к задачам навигации / A.A. Голован, H.A. Парусников. - М. : Изд-во МГУ, 2008. - 128 с.

21. Джанджгава, Г. И. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на базе твердотельного волнового гироскопа / Г. И. Джанджгава [и др.] // XIV Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным инерциальным системам : сб. тр. XIV Междунар. конф. - СПб. : ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007. - С. 116-125.

22. Джашитов, В.Э. Датчики, приборы и системы авиакосмического и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов ; под общ. ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. - СПб. : ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2005. - 404 с.

23. Джашитов, В.Э. Математические модели теплового дрейфа гироскопических датчиков инерциальных систем / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов ; под общ. ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. - СПб. : ГНЦ РФ -ЦНИИ «Электроприбор», 2001. - 150 с.

24. Джашитов, В.Э. Применение метода элементарных балансов для анализа и синтеза системы терморегулирования на модулях Пельтье для БИНС на ВОГ /

B.Э. Джашитов, В.М. Панкратов // Гироскопия и навигация. - 2012. - №2. - С. 84103.

25. Джашитов, В.Э. Общая и прикладная теория гироскопов с применением компьютерных технологий / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов, A.B. Голиков ; под общ» ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. - СПб. : ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010.- 154 с.

26. Дмитриев, С.П. Инерциальные методы в инженерной геодезии /

C.П. Дмитриев. - СПб. : ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 1997. - 208 с.

27. ЗАО «Физоптика». Каталог волоконно-оптических датчиков вращения (стандартные модели) [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://www.fízoptika.ru/products/index_ru.html

28. Идентификация углового смещения внутритрубного инспектирующего снаряда / В.Б. Никишин, М.Н. Карпов, A.A. Копичева и др. / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615323 от 04.07.2013.

29. Иерархические тепловые модели бесплатформенных инерциальных навигационных систем на волоконно-оптических гироскопах / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов, Н.Р. Голиков и др. // Гироскопия и навигация. - 2013. - №1. - С. 49-63.

30. Информационная брошюра. Снаряд с высокой разрешающей способностью для определения пространственного положения трубопровода (XYZ-Mapping). ROSEN. Ред. 1.3 от 6 мая 2002 г.

31. Ишлинский, А. Ю. Механика гироскопических систем / А. Ю. Ишлинский. - М.: Изд-во РАН, 1963. - 483 с.

32. Каракашев, В. А. Автономные инерциальные навигационные системы / В. А. Каракашев. - Л. : ЛИТМО, 1983. - 89 с.

33. Колеватов, А. П. Успехи в разработке бесплатформенных инерциальных навигационных систем на базе волоконно-оптических гироскопов / А. П. Колеватов, С. Г. Николаев, А. Г. Андреев // XVI Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным инерциальным системам : сб.

тр. XVI Междунар. конф. - СПб. : ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2009. -С. 13-20.

34. Компенсация погрешностей определения пространственного положения магистрального трубопровода / Никишин В.Б., Карпов М.Н., Копичева A.A., Панченко С.Ю. // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-25: сб. тр. : в 10 т. - Т. 6. Секция 10 / под общ. ред. A.A. Большакова. — Волгоград: Волгогр. гос. техн. ун-т, 2012. -С. 95-98.

35. Коновалов, С.Ф. Теория виброустойчивости акселерометров / С.Ф. Коновалов. - М.: Машиностроение, 1991. - 269 с.

36. Копичева, A.A. О выборе предпочтительной разновидности алгоритмов функционирования бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе кинематических уравнений Эйлера с введенными членами горизонтальной коррекции в условиях движения объекта с большими углами тангажа / A.A. Копичева // Вестник Саратовского государственного технического университета. -2013. -№2(70). Вып. 1.-С. 53-59.

37. Копичева, A.A. О границах применимости настройки на частоту Шулера в алгоритмах бесплатформенной системы ориентации на основе кинематических уравнений Эйлера с введенными членами горизонтальной коррекции / A.A. Копичева // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2009. - № 4 (42). Вып. 1. - С. 129-135.

38. Копичева, A.A. Сопоставительный анализ основных метрологических параметров внутритрубных снарядов-профилемеров / A.A. Копичева, В.Ю. Буров, В.Б. Никишин // Навигация и управление движением: материалы докладов Юбилейной X конференции молодых ученых / науч. ред. д.т.н. O.A. Степанов; под общ. ред. акад. В.Г. Пешехонова. - СПб. : ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008.-С. 53-60.

39. Копичева, A.A. Сравнительный анализ алгоритмов ориентации на основе кинематических уравнений Эйлера / A.A. Копичева, A.B. Ульянов, В.Б. Никишин // Навигация и управление движением: материалы докладов VIII конференции

молодых ученых / науч. ред. д.т.н. O.A. Степанов; под общ. ред. акад. В.Г. Пешехонова. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007. - С. 37 - 42.

40. Копичева, A.A. Исследование системы ориентации, использующей интегральную информацию о движении объекта / A.A. Копичева, B.C. Шорин, П.Г. Чигирев, A.B. Ульянов// Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-21: сб. тр. XXI Междунар. науч. конф.: в 10 т. - Т. 7. Секции 9, 14 / под общ. ред. B.C. Балакирева. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. - С. 278.

41. Лефевр, Э.К. Волоконно-оптический гироскоп: достижения и перспективы / Э.К. Лефевр // Гироскопия и навигация. — 2012. - №4. - С. 3-9.

42. Литманович, Ю.А. Прогресс в разработке алгоритмов БИНС на Западе и Востоке в материалах Санкт-Петербургских конференций: обзор за десятилетие / Ю.А. Литманович, Дж.Г. Марк // Материалы X Санкт-Петербургской Международной конференции по интегрированным навигационным системам. -СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2004. - С. 52-67.

43. Матвеев, В.В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем/ В.В. Матвеев, В.Я. Распопов ; под общ. ред. д.т.н. В.Я. Распопова. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. -280 с.

44. Мельников, A.B. Широкодиапазонный бесплатформенный гироинклинометр: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.03 / Мельников Андрей Вячеславович — Саратов, 2005. - 172 с. — Библиогр: с. 162 — 172.

45. Мусатов, В.Ю. Свойства и алгоритмы работы инерциально-магнитометрических систем для курсоуказания подвижных объектов и позиционирования трасс подземных трубопроводов: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.11.03 : защищена 15.02.2000 / Мусатов Вячеслав Юрьевич. - Саратов, 2000. - 20 с. - Библиогр.: с. 19-20.

46. Наумов, С.Г. Разработка теории и способов демпфирования шулеровских колебаний и повышения точности бесплатформенных инерциальных навигационных систем : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.11.03 : защищена

29.12.2009 / Наумов Сергей Геннадиевич. - Саратов, 2009. - 19 с. - Библиогр.: с. 18-19.

47. Нееенюк, JI. П. Бесплатформенные инерциальные системы. Обзор состояния и перспектив развития / JI. П. Нееенюк // Гироскопия и навигация. -2002.-№ 1 (36).-С. 13-23.

48. Никишин, В.Б. Пространственное позиционирование и аттестация магистральных трубопроводов на основе интеграции средств внутритрубной диагностики, подземной навигации и наземных геодезических измерений /

B.Б. Никишин // Мехатроника, автоматизация, управление, 2011. - №9. - С. 41-46.

49. Новый комплекс средств для испытаний малогабаритных инерциальных систем и их чувствительных элементов / A.M. Боронахин, П.А. Иванов, Ю.В. Филатов и др. // Гироскопия и навигация. - 2011. - №4. - С. 32-41.

50. Онищенко, С.М. Применение гиперкомплексных чисел в теории инерциальной навигации / С.М. Онищенко. - Киев : Наук, думка, 1983. - 208 с.

51. ООО НПК «Оптолинк». Оптоэлектронные приборы и компоненты: Каталог продукции [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.optolink.ru/ru/katalog.

52. Панев, A.A. Задача навигации мобильных диагностических комплексов в режиме постобработки: дис. ... канд. физ.-мат. наук: 01.02.01 / Панев Алексей Анатольевич - М., 2011. - 115 с. - Библиогр: с. 109 - 115.

53. Панов, А.П. Математические основы теории инерциальной ориентации. / А.П. Панов. - Киев : Наук, думка, 1995. - 280 с.

54. Парусников, H.A. Задача коррекции в инерциальной навигации / H.A. Парусников, В.М. Морозов, В.И. Борзов. - М.: Изд-во МГУ, 1982. - 176 с.

55. Патент 2111453 Российская Федерация, МПК6 G01D17/00, F17D5/00, F16L57/00 Универсальный диагностический снаряд-дефектоскоп для контроля за состоянием трубопровода / П.М. Вайсберг, М.Ф. Эмдин, М.Г. Гердов,

C.Г. Прошкин, Н.П. Корнилов, Э.А. Петухов, В.И. Шолухов ; патентообладатель : ЦНИИ «Гидроприбор». - №93045454/28; заявл. 02.09.1993, опубл. 20.05.1998. -8 с.

56. Патент 2092402 Российская Федерация, МПК6 B64G1/24 Способ калибровки гироинерциальных измерителей бесплатформенной инерциальной навигационной системы ориентации космического аппарата / А.Ф. Дюмин, С.Н. Егоров, В.В. Корабельщиков, Д.М. Суринский, патентообладатель: Центральное специализированное конструкторское бюро. - №5044452/11; заявл. 27.05.1992, опубл. 10.10.1997.-8 с.

57. Патент 2447404 Российская Федерация, ioi.GOIC 21/00, 2010. Способ калибровки датчиков угловой скорости бесплатформенного инерциального измерительного модуля / М.С. Корюкин, патентообладатель: ОАО «Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики». - №2010124735/28; заявл. 16.06.2010, опубл. 10.04.2012, Бюлл. №10. - 6 с.

58. Патент 2437127 Российская Федерация, МПК7 G01V8/10, F16L55/48. Система определения координат трассы подземного трубопровода / В.Б. Никишин, А.И. Синев, П.Г. Чигирев, A.B. Ульянов, С.Г. Никишина, A.A. Копичева, патентообладатель: ЗАО «Газприборавтоматикасервис» - № 2010123327/28; заявл. 07.06.2010, опубл. 20.12.2010, Бюл. №35. - 18 е.: ил.

59. Патент 2102704 Российская Федерация, МПК7 6G01B17/02. Устройство для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов / П.К. Плотников, H.H. Бакурский, А.П. Рамзаев, патентообладатель: фирма «Саратовгазприборавтоматика». - №94029181/28; заявл. 03.08.1994, опубл. 20.01.1998.-11 с.

60. Патент 2197714 Российская Федерация, МПК7 G01B17/00, F17D5/00. Система определения координат трассы подземного трубопровода / П.К.Плотников, А.И.Синев, В.Б.Никишин, А.П.Рамзаев, патентообладатели: СГТУ; ИТЦ «Орггаздефектоскопия». - № 2001125449/28; заявл. 17.09.2001, опубл. 27.01.2003.

61. Патент 2207512 Российская Федерация, МПК7 G01C21/12, F17D5/06, G01N27/82. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд / А.И. Синев, П.К. Плотников, А.П. Рамзаев, В.Б. Никишин,

патентообладатель: СГТУ, ЗАО «Газприборавтоматикасервис». — №2002100518/28; заявл. 08.01.2002, опубл. 27.06.2003. - 12 с.

62. Пельпор, Д.С. Гироскопические системы. 4.1 / Д.С. Пельпор. - М.: Высшая школа, 1988.-424 с.

63. Плотников, П.К. Построение и анализ кватернионных дифференциальных уравнений задачи определения ориентации твердого тела с помощью бесплатформенной инерциальной навигационной системы / П.К. Плотников // Изв. РАН МТТ. - 1999. - №2. - С. 3-14.

64. Плотников, П.К. Элементы теории работы одной разновидности бесплатформенных инерциальных систем ориентации / П.К. Плотников // Гироскопия и навигация. - 1999. - № 3. - С. 23 - 35.

65. Плотников, П.К. Об устойчивости алгоритмов определения углов поворотов объекта по сигналам гироскопической бесплатформенной системы ориентации / П.К. Плотников, С.А. Лючев // Изв.вузов. Приборостроение. Т. XXXIV. - 1991. -№10. -С. 62-68.

66. Плотников, П.К. Модели ошибок системы ориентации при проецировании кинематических параметров на оси различных базисов / П.К. Плотников, В.Б. Никишин, A.A. Копичева // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-22 : сб. трудов XXII Междунар. науч. конф. : в 10 т. - Т.9. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - С. 200-201.

67. Плотников, П.К. Сравнительный анализ точности алгоритмов определения ориентации объекта в параметрах Родрига-Гамильтона и направляющих косинусах / П.К. Плотников, Ю.Н. Челноков // — Космические исследования. — 1979. - №17, вып.З. - С. 371-377.

68. Повышение точности подземной навигации на основе интеграции БИНС, одометров и приемников GPS/TJIOHACC / В.Б. Никишин, А.И. Синев, П.К. Плотников, С.Г. Наумов // XVII Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам. - СПб. : ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2010. - С. 169-174.

69. Применение инерциального микромеханического модуля для измерения параметров магистральных газопроводов / В.Б. Никишин, А.И. Синев, A.A. Копичева и др. // Сборник материалов Юбилейной XV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. — СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. - С. 342.

70. Пылаев, Ю.К. Первичная обработка информации избыточного блока четырех волоконно-оптических гироскопов / Ю.К. Пылаев, В.В. Апешкин, A.C. Матвеев // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2010. - № 2. Вып.2. - С. 51-58.

71. Распопов, В.Я. Микромеханические приборы: учеб. пособие для вузов / В.Я. Распопов. — М.: Машиностроение, 2007. - 400 с.

72. Ривкин, С.С. Определение параметров ориентации объекта бесплатформенной инерциальной системой / С.С. Ривкин, З.М. Берман, И.М. Окон. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 1996. - 226 с.

73. Ривкин, С.С. Статистический синтез гироскопических устройств / С.С. Ривкин. - JI.: Судостроение, 1970. — 169 с.

74. Ривкин, С.С. Теория гироскопических устройств / С.С. Ривкин. - Л.: Судпромгиз, 1964. - 480 с.

75. Рэндалл, Джаффи. Результаты испытаний и описание интегрированной ИНС GPS системы MSQ-G / Джаффи Рэндалл, Хунхуэй Ци, Хосе Антонио Риос // Гироскопия и навигация. - 2008. - № 2 (61). - С. 3-15.

«

76. Серегин, В. В. Прикладная теория и принципы построения гироскопических систем : учеб. пособие / В. В. Серегин. - СПб. : СПбГУ ИТМО, 2007. - 78 с

77. Степанов, O.A. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Ч. 2. Введение в теорию фильтрации / O.A. Степанов. - СПб. : ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2012. -417 с.

78. СТО Газпром 2-2.3-006-2006. Положение о внутритрубной диагностике трубопроводов КС и ДКС ОАО «Газпром». Стандарт организации. - Введ. 200624-04 М.: ОАО «Газпром», 2006.

79. Тепловой анализ бесплатформенной инерциальной навигационной системы с волоконно-оптическими гироскопами и блока управления реактивными двигателями / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов, Ю.К. Пылаев и др. // Рефераты докладов на XXVII конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов H.H. Острякова, проводимой в рамках 3-й Российской мультиконференции по проблемам управления (МКПУ-2010). СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». - 2010. - 68 с. (С. 20). // Гироскопия и навигация. - 2010. - № 4(71). - С. 82.

80. Тицзин, Цай. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы на основе канонического гравитационного градиентометра / Цай Тицзин // Прикладная математика и механика. - 1998. - Т. 62. - № 5. - С. 884-887.

81. Управление движением космического платформенного комплекса. II. Алгоритмы ориентации, программного управления и наведения / Г.И. Зубенко, A.B. Молоденков, Ю.Н. Челноков и др. // ИАН. Теория и системы управления. — 2001.-№5.-С. 159-167.

82. Управление движением космического платформенного комплекса. V. Алгоритмы юстировки комплекса / H.H. Алешин, Ю.В. Садомцев, Ю.Н. Челноков и др. // ИАН. Теория и системы управления. - 2002. - №3 - С. 132-139.

83. Чеботаревский, Ю. В. Анализ свойств полуаналитической инерциальной навигационной системы и ее бесплатформенного аналога / Ю. В. Чеботаревский, П. К. Плотников, В. Ю. Чеботаревский // Авиакосмическое приборостроение. —

2005. -№3.- С. 17-23.

84. Челноков, Ю.Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения / Ю.Н. Челноков. - М. : ФИЗМАТЛИТ,

2006.-512 с.

85. Lesyuchevsky, V.M. Specific force transformation and navigation discrete algorithms of inertial navigation systems / V.M. Lesyuchevsky, Yu.A. Litmanovich // Proceedings of the 1st Saint-Petersburg international conference on gyroscopic technology, post-conference re-edition. - 1994. - St.Petersburg, Russia. - PP. 207-217.

86. Litmanovich, Yu.A. Study of strapdown transformation algorithms with specific force multiple integrals as input systems / Yu.A. Litmanovich, V.M. Lesyuchevsky, V.Z. Gusinsky // Proceedings of the 5-th Saint Petersburg international conference on integrated navigation systems. - 1998. - PP. 45-55.

87. MARINS, the First FOG Navigation System for Sabmarines/ Y. Paturel, V. Rumoroso, A. Chapelon, J. Honthaas // Symposium Gyro Technology / Country of publication Germany. - Stuttgat, Germany, 2006.

88. Mark, J.G. On sculling algorithms / J.G. Mark, D.A. Tazartes // Proceedings of the 3-d Saint Petersburg international conference on integrated navigation system, Part II.-1996.-PP. 22-26.

89. Optimization of strapdown attitude algorithms / V.Z. Gusinsky, V.M. Lesyuchevsky, Yu.A. Litmanovich et al. // Proceedings of the 2-d Saint Petersburg international conference on gyroscopic technology and navigation. — 1995. — Part II.-PP. 110-121.

90. Patent USA 4945775, IPC7 G01N2291/044, E21B47/022, GO 1N2291/02854, GO 1N2291/02872, F16L55/26, E21B47/00, E21B47/124, G01N29/07 Inertial based pipeline monitoring system / John R. Adams, Patrick S. Price, Jim W. Smith / Pulsearch Consolidated Technology Ltd. US 07/362,504 form 30.12.1988, publ. 07.08.1990. -PP. 19.

91. Products. Dynamic Systems GMB - http://www.dynamic-systems.com/

92. Savage, Paul G. Strapdown Analytics / P.G. Savage. - Strapdown Associates Inc. - Maple Plain. - Minnesota, 2001. - 1556 p.

93. Schmidt, G.T. INS/GPS Technology Trends / G.T. Schmidt //Advances in Navigation Sensors and Inertial Technology. - AC/323(SET-064)TP/43. - 2004.

94. Titterton, D.H. Strapdown inertial navigation technology / D.H. Titterton, J.L. Weston. - P.Peregrinus Ltd. - IEE. - London. - UK, 1997. - 455 p.

95. Volk, Ch. Northrop Grummans Family of Fiber-Optic Sased Inertial Navigation Systems / Ch.Volk, J.Lincoln, D.Tazartes // PLANS 2006. - San Diego, Calif., 2006. -PP. 40-48.

«УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор ЗАО «Газприборавтоматнкй^срнис» г. Саратов

У Синев А.И.

<с>» cn4*.-t.<ty' 12013 г.

AKT ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы аспирантки кафедры «Приборостроение» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени

Гагарина IO.A.»

КоиичевоП Аллы Алексееииы

Настоящим констатируем, что результаты диссертационной работы аспирантки кафедры «Приборостроение» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина ЮЛ.» Коничеиой A.A. «Алгоритмы и способы повышения точности работы системы ориентации и навигации внутритрубных средств дефектоскопии», в частности:

• исследования эффективности двух разновидностей алгоритмов ориентации (глава 3, п.и. 3.1,1 и п.п. 3.1.2 н глава 4, п. 4.1 и п. 4.2) использованы при совершенствовании и оптимизации алгоритмов работы бссплатформсниых систем ориентации для виутритрубных средств дефектоскопии;

• способы и алгоритмы (главг 3, п. 3.2) идентификации компенсации влияния углового смещения внедрены в технологию навигационного обследования трубопроводов всех диаметров средствами внутритрубной дефектоскопии производства ЗАО « Газ и рибора втоматикасервне».

Две разновидности алгоритмов ориентации были апробированы при расчетах координат осевой линии магистрального газопровода МГ «Ямбург - Западная граница» (диаметр 1420 мм). Было показано, что в технолопш навигационного обследования трубопроводов виутритрубными средства мн дефектоскопии производства ЗАО «Газприборавтоматикасервис» для обследования участков трубопроводов с большим изменением рельефа местности и при использовании инерциальных модулей более высокого класса точности целесообразно применять алгоритмы ориентации на основе дифференциальных уравнений Эйлера с введенными членами коррекции и использованием угловых скорсстей и кажущихся ускорений в проекциях на оси горнзонтного трехгранника.

Способ идентификации и компенсации углового смещения продольной оси инутритрубного средства дефектоскопии (патент РФ №2437127 от 07.06.2010 «Система определения координат трассы подземного трубопровода») относительно оси трубопровода для вращающегося по крену снаряда был апробирован и успешно внедрен в технологию навигационного обследования трубопроводов в виде программного продукта (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615323 от 04.07.2013), в том числе при обработке результатов обследования МГ на следующих участках:

• МГ «Барнаул - Бийск», 0-150 км, в октябре 2008г. комплексом КВД 700;

* МГ «Вынгаяхинская КС - Вынгапуровская КС», 0-54 км, в 2009г. комплексом

• МГ "Белозерный ГПЗ — Нижневартовская ГРЭС" (резервная нитка), протяженностью 28 км в октябре 2012 г. комплексом КВД 700;

• МГ "Ямбург - Западная граница", протяженностью 47 км в нюне 2013 г. комплексом

Расхождение вычисленных координат с координатами контрольных точек, определенных геодезическим оборудованием составило • для осевой линии газопроводов (в плане) -не более 0.5 м для 80% точек;

Способ компенсации погрешностей определения высотной координаты с использованием сведений о рельефе местности апробирован на нескольких участках подводных переходов, в том числе и при обследовании участка МГ «Волхов -Петрозаводск» п/п через р. Паша комплексом КВД 1000. Погрешность определения высотной координаты составила менее 50 см.

Эффективность внедренных способов подтверждается приложенными отзывами о работе комплексов внутрнтрубной диагностики производства ЗАО «Газпрнборавтоматикасервнс».

КВД 500;

КВД 1400.

• для профиля газопроводов (по высоте)

- не более 0.5 м.

Начальник отдела электронной тех пи С-

и программирования, - ^

и программирования.

У

П.В. Герасин

Общество с ограниченной ответственностью ггж» «ПОДВОДГАЗЭНЕРГОСЕРВИС» (PÇ*

_ООО «Подводгазэноргосервие»_"Свм'

д Беседы, п/о Развилка, Ленинский район, Московская область, Россия, 142717 телефон/факс: [phone] фахс- [phone], E-mail- щ^ЧЩДгЖ^/У.

v/ww.podvodgss ru

ОКПО 51549770, ОГРН 1С250СС650751, ИНН/КПП 5003029744/500301001

«•/% атл^ЪУ/т 7Ю - S6f>

отзыв

о работе комплексов внутритрубпой диагностики ЗАО «Гиjiiриборавтоматикасернмс»

За период с 2001 по 2010 г. комплексами впугршрубпой диагностики ЗАО «Гаитриборавгоматикасервнс» обследовано более 100 подводных переходов lia магистральных газопроводах подразделении ОАО Газпром: ООО "Газпром ■грянггяч Учтя", ООО "Газпром трлысГШ Cjpryi " ООО "Гячпрпм -rp;mrr;n Нижний Новгород", ООО "Газпром транстаз Кубань", ООО "Газпром т рана аз Санкт-I [етербург", "Газпром трансгаз Самара", ООО "Газпром трансгаз Вол roi рад", ООО "Газпром транша Нижний Новгород", ООО "Тюменграисгаз" и др.

Высокий >ровень организации работ и достоверность результатов обследований - характерная особенность ЗАО «Газприбораитоматикасервис». Особо следует отметить применение соврс.мсниых технологий на основе использования инерциальшлх измерительных модуле;! в составе бортодо!» оборудования внутритрубных средств дефектоскопии. Эю позволяет эффективно осуществлять позиционирования дефектов трубопроводов и определения параметров искривления его осевой лниии па труднодоступных участках: подводные переходы, заболоченные поймы рек и т.п.

Отчетные материалы кроме данных по идентификации мигни шы\ аномалий, результата статистической обработки дефектов и параметров труб с угловой ориентацией продольных сварных швов дополнительно содержаi цепную для практики обслуживания и ремонтных работ трубопроводов информацию о параметрах изгибов осевой линии трубопровода, в том числе:

• утлы изгиба на гюпсрсчиых стыках соседних труб и изгибов каждой трубы с погрешностью не более 0,5 >гд. градусов;

• радиусы кривизны (1,5 - 10}ДЮЧ, осевой линии трлбопровода с погрешностью не более 5%;.

• прост рапственные координаты всех особенное! ей трубопровода с среднеквадратпческой относительной погрешностью в проекте не более 0,5м.

что соответствует временным 1с\пнческим требованиям к диагностическом)

оборудованию для внутри фубнон дефектоскопии Р ГАЗПРОМ oi 2007г.

Технический директор

_С

Наюрпов А.К.

\

зло .rïartflMOcDMTOMiTWiuseP»"»

в:<, Мг,

Of я ' ! а

a. m ж

теотшийежАж ФВДШРАЩШШ

Ж жжжжж

Й

ш

Й

ш ш

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№2013615323

«Идентификация углового смещения внутритрубного инспектирующего снаряда»

Правообладатель(ли): Закрытое акционерное общество :

«Газприборавтоматикасервис» (Ш1)

Автор(ы): Никишин Владимир Борисович (ШЗ),

Карпов Михаил Николаевич (Ш1), Сипев Андрей Иванович (Ш1),

Шорин Виталий Сергеевич (Щ]);Копичева АллаАлексеевна (1111)

Заявка №2013613366

Дата поступления 23 апреля 2013 Г.

Зарегистрировано в Реестрс программ для ЭВМ

04 июня 2013 г.,

, Руководитель Федеральной служ'бы 1 по интеллектуальной собственности

li.ll. Симонов

й

ж

ш

ш ш й й Й ш й

>ЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙЙ<

РОССИЙСКАЯ ФВДЕРА1ЩШШ

: Ш Си;

II \ И ЮБРЕТЫ1И К

№2437127

СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТРАССЫ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА

11ате»тообладател ь(л и): Закрытое акционерное общество "Ппнриборавтоматикасервис " (Я II)

Авюр(ы): см. на обороте

Заявка №2010123327 Приоритет и$обретения 07 июня 2010 г, Зарспк фнровано в Государе пк-ннт! реестре изобретений Российской Федерации 20 декабря 2011 г.

ч

Срок дейсгиии плгеша истекает 07 июня 2030 г.

к- ¡руководитель Федеральной службы по инте.иектуалыюи ~ ^ собственности, патентам и товарным знакам

С*-*

* .-1

к , .

ПЛ. Си шшоп

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19|

О см

у-

ы со Т

сч э

№

си)

03)

С1

(51) МИК

соIV то (2006.01)

Р16Ь 52/48 (2006.0!)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21X22) Заявка: 2010123327/2«, 07.06.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 07.06.2010

Приоритеты):

«22) Дата подачи заявки: 07.06.2010

(45) Опубликовано: 20.12.2011 Бюл. 35

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: 1Ш 2261424 С1,27.09.2005. Л» 1054235 А, 01.03.1989. Ш 5565633 А, 15.10-1996. WO 9932902 А2,01.07.1999. Ш 5770800 А, 23.06.1998.

Адрес для переписки:

410086, г.Саратов, а/я 1271, ЗАО Тазприборавтом атик асерв ис"

(72) Лвтор(ы):

Синев Андрей Иванович (ЯЦ), Никишин Владимир Борисович (ИЦ). Ульянов Алексей Владимирович (ЯЦ), Никишина София Гариевна 0Ш), Копичева Алла Алексеевна (1Щ)

(73) 11атентообладатель(и): Закрытое акционерное общество Тазприборавтоматикасервис" (ЯЦ)

(54) СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТРАССЫ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА

(57) Гофера т:

Система относится к устройствам контрольно-измерительной техники. Система для определения координат трассы трубопровода содержит: инспектирующий снаряд, эластичные манжеты, датчик пути, блок вычислений и управления, регистратор, трехкомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости и трехкомпонентиый акселерометр, датчик сигналов маркеров с аналого-цифровым преобразователем, контроллером и датчиком температуры, бортовой процессор, блок ввода маркерных точек блок кяе>гтнфикацш смешения нулей ннерииальных датчиков, сумматор, блок вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, блок вычисления декартовы* координат, блок вычисления оценок параметров ориентации, шок формирования оценок

параметров ориентации трубы. Техническим результатом изобретет!« является повышение точности определения координат трассы трубопровода за счет компенсации погрешностей, обусловленных угловым смещением продольной оси внутригру оного инспектирующего снаряда относительно продольной оси трубы. Это достигается с помощью виутритрубного инспектирующего снаряда и дополнительно введенного в состав наземной подсистемы блока формирования оценок параметров ориентации трубы, а также с помощью установленных по внешней окружности снаряда колес с отклонением направления оси га вращения от перпендикуляра к продольной оси для обеспечения вращения снаряда вокруг продольной оси термоконтейнера при его движении. 6 ил.

Ю СО

Ю

О

о

N. CNI

17

1Н

rm u*

S i» ТЩ

--^N

-« К

16

er

t"c

19

w

' » ф _ /л

-у

С

23

•V'

1°С

А *

w

1 i "xi

^íii

24

к;

J\J

TV^

rzT>,20

7Г

25

W

xi

«й

1 i

О

с

21

Фиг.2

9*

♦

Vo

22

I 1 I

__I

Л Л л 4 r 1

v,e,Y ! I

N.

to ■Ч-CM

RUSSIAN FEDERATION

(19)

o

CM T-f-. O T CM

3

RU

(II)

»(13)

C1

(51) Int. CI.

coiv mo

FJ6L 55/48

(2006.01) (2006.01)

FEDERAL SERVICE FOR INTELLECTUAL PROPERTY

n2> ABSTRACT OF INVENTION

(21X22) Application: 2010123327/28, 07.06.2010

(24) Effective date for property lights: 07.06.2010

Priority:

(22) Date of filing: 07.06.2010

(45) Date of publication: 20.122011 Bull. 35

Mail address:

410086, g.Saratov, a/ja 1271, ZAO "Gazpriboravtoma tikas ervis"

(72) Inventoris):

Sinev Andrej Ivaaovich (RU), NikisMn Vladimir Borisovich (RU), Ul'janov Aleksej Vladimirovich (RU), Nildshina Sofija Garievna (RU), Kopicheva Alia Alekseevna (RU)

(73) Proprietors):

Zakrytoe aktsionernoe obshchestvo "Gazpriboravtomatikaservis" (RU)

(54) SYSTEM FOR DETERMINING COORDINATES OF ROUTES OF UNDERGROUND PIPES

(57) Abstract:

FIELD: physics.

SUBSTANCE: a>stem for determining coordinates of the mute of underground pipes has an inspection projectile, elastic cuffs, a distometer, a computation and control unit, a recorder, a three-component gyroscopic device for measuring angular velocity and a three-component accelerometer, a mailer signal detector with an analog ue-to-digiul converter, a controller and a temperature senior, an onboard processor, a unit for entering marker points, a unit for identifying zero offset of inertia] sensors, an adder, a unit for calculating correction signals on pitch and roll angles, a unit for calculating Cartesian coordinates, a unit for calculating estimates of orientation parameters, a unit fur generating estimates of orientation parameters of a pipe. The method is realised using an intra-pipe inspection projectile and ground-based subsystem which additionally includes a unit for generating estimates of orientation parameters of a pipe, as well as using wheels fitted outside the projectile with deviation of tlie direction of the axis of rotation of said wheels from tlie perpendicular to the longitudinal axis to provide

rotation of the projectile around the longitudinal axis of a thermally controlled container during movement thereof.

ETTECT: high accuracy of determining coordinates of the route of a pipe owing to compensation for errors caused by angular displacement of the longitudinal axis of lite intra-pipe inspection projectile relative the longitudinal avis of tlie pipe.

6dwg

ÎO CJ

N>

o

-in.

1-

Mi A'

J.iti-

W [

T!

■* I

'.s*.

Ctj>: 3

Система относится к устройствам контрольно-измерительной техники. Она предназначена для пространственного позиционирования точек продольной оси подземного магистрального трубопровода с помощью бесплатформенной инерцнальной системы ориентации и навигации, а также датчика пути и других приборов, устанавливаемых на борту внутритрубного инспектирующего снаряда и на земле.

Уровень техники в данной области характеризуется приведенными ниже сведениями.

Известна инерциальная система контроля за трубопроводом (Пат. USA №4945775, GQ1C 9/06,1990), содержащая снаряд-носитель, имеющий несколько полиуретановых скребков для обеспечения движения снаряда в потоке продукта, бесплатформенную ннерциальную систему навигации, включающую триаду акселерометров н гироскопов, одометры, вычислитель, устройства и датчики неинерциальной природы для диагностики состояния трубопровода. Недостатком данной системы является сложность и необходимость применения прецизионных датчиков первичной информации (бесплатформенной инерцнальной системы и одометров), что во многих случаях неприемлемо для реализации из-за чрезмерно высокой стоимости.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является Система определения координат трассы подземного трубопровода (Патент РФ №2197714, МГ1К G01B 17/00, F17D 5/00,2003). Система представляет собой внутритрубный инспектирующий снаряд (ВИС), включающий герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях контейнера, последовательно соединенные датчик пути, установленный на внешней поверхности контейнера, блок вычислений и управления, регистратор, трехкомпонентные гироскопический измеритель угловой скорости и акселерометр, размещенные внутри контейнера, три ряда ультразвуковых приемопередающих преобразователей (УЗ II), расположенных по окружностям попарно и диаметрально противоположно на внешней поверхности по п в каждом ряду в носовой, хвостовой и средней частях контейнера, подключенные к информационным входам блока вычислений и управления, акселерометр широкого диапазона измерения по продольной оси контейнера, три усилителя, соединенные своими входами с выходами трехкомпонентного измерителя угловой скорости, датчики сигналов маркеров с аналого-цифровым преобразователем, контроллером и датчик температуры, установленный внутри контейнера.

При этом регистратор выполнен в виде переносного долговременного запоминающего устройства, а блок вычислений и управления - в виде бортового процессора и наземной подсистемы в составе блоков ввода данных маркерных точек, переключения диапазонов гироскопических измерителей угловой скорости и переключения продольных акселерометров, вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, вычисления оценок параметров ориентации герметичного контейнера ВИС, идентификации смещения нулей инерциальных датчиков (гироскопических измерителей угловой скорости и акселерометров), а также устройства согласования, сумматора, вычислителя декартовых координат, фильтра нижних частот, детектора уровня вибрации и устройства сравнения.

Недостатком данного изобретения является сложность технологии использования УЗП при обследовании газопроводов: с помощью специальных поршней, располагаемых перед и после ВИС, в газопроводе около ВИС должна быть реализована «водяная пробка», перемещающаяся вместе с ним потоком газа. Дтя

обеспечения достоверности результатов обследования скорость движения ВИС ограничивается отраслевыми стандартами ГАЗПРОМа уровнем в 4 м/с. В последние годы Газпромом введено требование оснащения ВИС устройствами перепуска газа (байпасом), которые позволяют снять ограничения на скорость газового потока при проведении внутритрубных обследований. Однако в этих условиях технология «водяной пробки» не реализуема. При движении ВИС по газопроводу в потоке газа манжеты и щетки-магнитопроводы (в случае ВИС-дефектоскопа) отделяют от внутренней поверхности трубы грязь и продукты коррозии, которые в виде плотного мелкодисперсного облака перемещаются вместе с ВИС и впереди него, практически ослепляя УЗП, что резко снижает возможности идентификации углового смещения продольной оси ВИС относительно оси трубы с помощью УЗП. Данное угловое смещение может быть обусловлено несоосностью передней и задней эластичных манжет из-за погрешностей их монтажа и неравномерности износа при движении по трубопроводу, а также разли'шем сопротивления движению верхних и нижних частей манжет. Это приводит к значительным погрешностям определения координат трассы газопровода.

Технический результат изобретения состоит в повышении точности определения координат трассы трубопровода за счет компенсации погрешностей, обусловленных угловым смещением продольной оси ВИС относительно продольной оси трубы. При этом определение углового смещения осуществляется на основе использования сигналов инерциальных датчиков и одометра, т.е. без использования дополнительных датчиков положения ВИС относительно трубы, Это обеспечивает высокую помехозащищенность определения параметров углового смещения ВИС по сравнению с использованием УЗП при одновременном упрощении структуры и конструкции ВИС.

Поставленная задача решается за счет того, что в систему для определения координат трассы подземного трубопровода, содержащую внутрнтрубный инспектирующий снаряд, включающий герметичный контейнер, эластичные манжеты, жестко закрепленные в носовой и хвостовой частях контейнера, последовательно соединенные датчик пути, установленный на внешней поверхности контейнера, блок вычислений и управления и регистратор, трехкомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости и трехкомпонентный акселерометр, размещенные внутри контейнера, датчики сигналов маркеров с аналого-цифровым преобразователем, контроллером и датчик температуры, которые расположены внутри контейнера и соединены через первую системную шину с регистратором, подключенному к информационным аходам блока вычислений и управления дополнительно введен блок формирования оценок параметров ориентации трубы, а на эластичные манжеты по внешней окружности установлены опорные колеса с отклонением направления оси их вращения от перпендикуляра к продольной оси термоконтейнера на утол, обеспечивающий при движении ВИС по трубопроводу его вращение вокруг продольной оси с периодом по дистанции 300...700 м.

При этом регистратор выполнен в ввде переносного долговременного запоминающего устройства, а блок вычислений и управления - в виде бортового процессора и наземной подсистемы в составе блоков ввода данных маркерных точек, вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, вычисления оценок параметров ориентации герметичного контейнера внутритрубного инспектирующего снаряда, идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, а также устройства согласования, сумматора, вычисл отеля декартовых координат и

дополнительно введенного блока формирования оценок параметров ориентации трубы, причем выходы переносного долговременного запоминающего устройства по каналам измерения угловых скоростей и линейных ускорений соединены через вторую системную шину с первой группой входов блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков и через сумматор с первыми группами входов блока вычисления оценок параметров ориентации контейнера и блока вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, два выхода которого соединены с соответствующими входами блока вычисления оценок параметров ориентации контейнера, третий вход которого соединен через вторую системную шину и устройство согласования с одним из выходов блока ввода данных маркерных точек, все выходы которого через устройство согласования и системную шину связаны со второй группой входов блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, третья группа выходов переносного долговременного запоминающего устройства через вторую системную шину соединена с соответствующими входами блоков вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, а также вычислителя декартовых координат и блока вычисления оценок параметров ориентации контейнера, выходы которого соединены через блок формирования оценок параметров ориентации трубы с четвертой группой входов блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков и второй группой входов вы'шслителя декартовых координат, выходы которого соединены с пятой группой входов блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, группа выходов которого соединена со второй группой входов сумматора, а два одиночных выхода соединены с соответствующими входами блоков вычисления оценок параметров ориентации контейнера и вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена, выход переносного долговременного запоминающего устройства по каналу измерения температуры через вторую системную шину соединен с соответствующим входом блока идентификации смещения нулей инерциальных датчиков.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема бортовой подсистемы ВИС, на фиг.2 - функциональная схема наземной подсистемы для определения координат трассы трубопровода, на фиг.З представлены графики изменения углов рыскания, тангажа и крена ВИС, определенные в результате обработки с помощью наземной подсистемы. Кроме этого, на фиг.3 представлены графики высотной координаты осевой линии трубопровода без использования блока формирования оценок параметров ориентации трубы (т.е. без компенсации углового смещения продольной оси ВИС относительно продольной оси трубы) и при его использовании. На фиг.4 представлены варианты исполнения блоков инерциальных датчиков бортовой подсистемы. На фиг.5 приведен пример отображения пространственного положения многониточных трасс МТ и их дефектов на электронной карте местности по данным пропуска внутртрубных инспектирующих снарядов ЗАО

«Газприборавтоматикасервис*. На фиг.6. приведен профиль подводного перехода по данным двух пропусков ВИС, подтверждающий хорошую воспроизводимость результатов позиционирования.

На фиг.1 и фиг.2 приняты следующие обозначения: 1,2,3 - гироскопические измерители угловых скоростей (ГНУС) ,, о)х2, шх3 по осям ОХ,, ОХ2, ОХ3 ВИС; 4, 5, 6 - акселерометры, причем по оси ОХ| акселерометр 4 измеряет ускорение ¡, по оси ОХ2 - акселерометр 5, по оси ОХз - акселерометр 6; 7 - датчик температуры

Стр- *

внутри контейнера, 8 - датчик пути. Выходы ГНУС 1,2,3, акселерометров 4,5,6, датчик температуры - 7, датчик пути 8 соединены с соответствующими входами первого аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, выходы которого соединены с первой системной шиной 10. И - дат'шк сигналов маркера, содержащий усилитель, выходы которого соединены через второе АЦП 12 с входами контроллера маркеров 13. Выходы контроллера 13 связаны с соответствующими входами первой системной шины 10. С первой системной шиной 10 соединены также бортовой процессор 14, таймер 15 и долговременное запоминающее устройство (ДЗУ) 16. В качестве устройства 16 может использоваться флэш-память или другие запоминающие устройства.

Выход блока 17 ввода маркерных точек через устройство согласования 18 соединен со второй системной шиной 19. Первые две группы выходов ДЗУ 16 через вторую системную шину 19 соединены с блоком 24 идентификации смещения нулей инерциальных датчиков, а также через сумматор 20 с блоком 21 вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена и блоком 22 вычисления оценок параметров ориентации. Два выхода блока 21 соединены с соответствующими входами блока 22, третий вход которого соединен через вторую системную шину 19 и устройство согласования 18с одним из выходов блока 17 ввода данных маркерных точек. Третья группа выходов переносного долговременного запоминающего устройства 16 через вторую системную шину 19 соединены с соответствующими входами блоков вычисления сигналов коррекции по углам тангажа и крена - 21, вычислителя оценок параметров ориентации - 22, вычислителя декартовых координат - 23, идентификации смещения нулей инерциальных датчиков - 24. Остальные выходы блока 17 через устройство согласование н системную шину связаны с второй группой входов блока 24 идентификации смещения нулей инерциальных датчиков. Выходы вычислителя 22 соединены через блок 25 формирования оценок параметров ориентации трубы с четвертой группой входов блока 24 идентификацш! смещения нулей инерциальных датчиков и второй группой входов вычислителя 23 декартовых координат, выходы которого соединены с пятой группой входов блока 24 идентификации смещения нулей инерциальных датчиков. Два одиночных выхода блока 24 соединены с соответствующими входами блоков 21 и 22. Выход переносного ДЗУ 16 по каналу измерения температуры через вторую системную шину 19 соединен с соответствующим входом блока 24.

Новым по отношению к наиболее близкому аналогу является блок 25 формирования оценок параметров ориентации трубы, введенный в состав наземной подсистемы блока вычислений и управления для определения пространственных координат МГ, и установленные по внешней окружности эластичных манжет опорные колеса с отклонением направления оси их вращения от перпендикуляра к продольной оси термоконтейнера на угол, обеспечивающий при движении ВИС по трубопроводу его вращение вокруг продольной оси с периодом по дистанции 300...700 м.

Работает система определения координат трассы подземного трубопровода следующим образом. После помещения ВИС в камеру запуска его выдерживают в неподвижном состоянии в течение 20 минут для обеспечения начальной выставки системы при обработке данных, а затем пропускают по инспектируемому участку, записывая под управлением бортового процессора 14 в ДЗУ 16 текущие значения системного времени и кажущихся ускорений, угловых скоростей, пройденного расстояния, температуры внутри блока инерциальных датчиков, а также сигналов

маркеров. Посте извлечения снаряда из приемной камеры ДЗУ 16 отсоединяют от бортовой аппаратуры и присоединяют через системную пишу 19 к наземной подсистеме, в которой производится начальная выставка системы определения координат трассы подземного трубопровода. Для этого в блок 17 ввода данных маркерных точек вводится информация по углам азимута у* и координатам

камеры запуска (ш=0), а затем маркеров (т=1,.., - порядковый номер маркера), которые преобразуются АЦП 18 и подаются на системную шину 19.

В блоке 24 на этапе начальной выставки Т„]) в камере запуска определяются оценки нулевых сигналов ГИУС

= 1 | й = > V = О^ЛТ^ .(1)

ф _ *• 1

&

где 1о, Тв - время начала и окончания выставки, - сигналы ГИУС.

Затем в блоке 20 производится компенсация смещений нулей в сигналах ГИУС

«XI = «I»

сЬ?1' й = 1/3). (2)

которые передаются в блок 21, а также в блок 22.

В блоке 21 сначала вырабатываются оценки (1 = 171) компонент

ускорений, обусловленных вращением снаряда относительно его центра подвеса: = &;лс? - +- ) - - ),

где с^' , , г^' - координаты центра масс акселерометров 4,5,6 соответственно

относительно центра подвеса снаряда, определяемые по гамерениям на снаряде. Затем вычисляются у- оценки проекций ускорений сил тяжести по следующим алгоритмам:

711

?ж2

?13

• V""1 ■+

• 1:

1 т,

ш-1 х:

¡Й"1 ?*1

;а-1 >13

+

Т

т 1

1.Ч.-1

' V

/ (Яз " Д™,, - 813 + <», 2 V,, (1))аг