文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 低成本微小型无人机惯性组合导航技术研究

低成本微小型无人机惯性组合导航技术研究

惯性导航技术的工作原理

惯性导航技术的工作原 理 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

惯性导航系统基本工作原理 惯性导航系统是十分复杂的高精度机电综合系统,只有当科学技术发展到一定高度时工程上才能实现这种系统,但其基本工作原理却以经典的牛顿力学为基础。 设质量m受弹簧的约束,悬挂弹簧的壳体固定在载体上,载体以加速度a 作水平运动,则m处于平衡后,所受到的水平约束力F与a的关系满足牛顿第 二定律: F a m 。测量水平约束力F,求的a,对a积分一次,即得水平速 度,再积分一次即得水平位移。以上所述是简单化了的理性情况。由于运载体不可能只作水平运动,当有姿态变化时,必须测得沿固定坐标系的加速度,所以加速度计必须安装在惯性平台上,平台靠陀螺维持要求的空间角位置,导航计算和对平台的控制由计算机完成。 陀螺仪组件测取沿运载体坐标系3个轴的角速度信号,并被送入导航计算机,经误差补偿计算后进行姿态矩阵计算。加速度计组件测取沿运载体坐标系3个轴的加速度信号,并被送入导航计算机,经误差补偿计算后,进行由运载体坐标系至“平台坐标系”的坐标变换计算。他们沿机体坐标系三轴安装,并且与机体固连,它们所测得的都是机体坐标系下的物理量。 参与控制和测量的陀螺和加速度计称为惯性器件,这是因为陀螺和加速度计都是相对惯性空间测量的,也就是说加速度计输出的是运载体的绝对加速度,陀螺输出的是运载体相对惯性空间的角速度或角增量。而加速度和角速度或角增量包含了运载体全部的信息,所以惯导系统仅靠系统本身的惯性器件就能获得导航用的全部信息,它既不向外辐射任何信息,也不需要任何其他系统

无人机地面站

无人机地面站 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心,其控制内容包括 :飞行器的飞行过程,飞 行航迹,有效载荷的任务功能,通讯链路的正常工作,以及飞行器的发射和回收。 中文名:无人机地面站 外文名: UAV ground station 目录 概述 地面站的配置和功能概述 ?地面站的典型配置 ?地面站的典型功能 关键技术及典型解决方案 ?友好的人机界面 ?操作员的培训 ?一站多机的控制 ?开放性、互用性与公共性 ?地面站对总线的需求 ?可靠的数据链 无人机地面站发展的趋势 概述 近20 年来,无人机己发展成集侦察、攻击于一体,而未来的无人机还将具有全 自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时,与无人机发展相匹配的地面 控制站 (GCS:Ground Control Station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理 能力在内的,集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不仅能控制同一型号的无人机群,还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开 放性和兼容性,即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的 功能模块实现功能扩展,相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心,其控制内容包括:飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷的任务功能、通讯链路的正常工作,以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外,同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素 的不利影响,适应各种复杂的环境,保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯,及时有效地传输数据、接收指令,在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。

煤层气多分支水平井的最新进展及发展趋势

第19卷第1期2010年1月 中国矿业 CHINAMININGMAGAZINE V01.19。No.1 January2010 煤层气多分支水平井的最新进展及发展趋势 姜文利1’2,叶建平3,乔德武2 (1.中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083; 2.国土资源部油气资源战略研究中心,北京100034;3.中联煤层气有限责任公司,北京100011) 摘要:多分支水平井是开采煤层气的_萝要手段。多适用于中、高煤阶煤层,煤层机械强度较高,力学性质稳定;地质条件要求埋深适中,煤层厚度适中,横向连续稳定分布,煤层中夹矸不发育,构造 稳定,避开断层和破碎带。煤层气多分支水平井技术最主要的优点表现在,单井产气量高、采收率高、 生产周期短、井场占地面积少。不同地质条件需采用不同井型多分支水平井,其经济效益与社会效益 不同。 关键词:煤层;煤层气;多分支水平井 中图分类号:TD712+.2文献标识码:B文章编号:1004—4051f2010)01一O】01—03TherecentprocessanddevelopingtendencyinCBMmulti—branchhorizontalwell JIANGWen-lil’2YEJiang-pin93QIAODe-wC (1.TheKeyLaboratoryofMarineReservoirEvolutionandHydrocarbonAccumulationMechanism,MinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China;2.StrategicResearchCenterof Oil&GasResources,MinistryofLand&Resoueces,Beijing,100034,China; 3.ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.,Beijing100083,China) Abstract:CBMmulti—branchhorizontalwellisapplicabletOeoalbedsofthehighrankCBMandme- chanical propertystabilization.Thecoalbeds shouldbeappropriatethicknessanddepth,stabledistributionandstablestructure.ThemajoradvantageofCBMmulti—branchhorizontalwellishighwell—gasproduction rate,highrecoveryefficiency,shortperiodofproductionandlittlefloorarea.Thedifferentgeologicalcon— ditionsdocorrespondwiththedifferent type CBMmulti—branchhorizontalwells.Therearedifferenteco—nomicbenefitandsocialbenefitinthedifferenttypeCBMmulti—branchhorizontalwells. Keywords:coalbeds;coalbedmethane;Multi—branchhorizontalwell l我国多分支水平并应用现状 多分支水平井技术应用于煤层气始于20世纪初,美国CDX公司在试验成功后迅速在美国和其他国家推广应用。煤层气多分支水平井,又称羽状水平井,是指一个或两个主水平井眼盘侧再侧钻出多个分支井,能够穿越更多的煤层割理裂缝系统,最大限度地沟通裂缝通道,增加泄气面积,使更多的气体进入主流道,提高单井产气量。煤层其多分支水平井一般由工程井和生产井组成一个翼,工程井包括直井段、造斜段和水平段,水平段包括主支和分支;生产井为直井,在煤层段 收稿日期:2009~07—24 基金项目:全国油气资源战略选区调查与评价专项项目资助 作者简介:姜文利,男。在读博士,主要从事石油地质、煤层气、页岩气、油气资源战略研究工作。造洞穴,并与水平段连通。在一个工程井中可以沿不同方向布置2~4个翼。 2004年,我国正式开始引进煤层气多分支水平井以后,中石油、中联煤等多家公司在沁水盆地、韩城区块、保德区块等地区进行试验,成功率高钻井主要集中在沁水盆地南部地区。 过去几年多分支水平井完井数量节节上升(图1)。2005年、2006年是多分支水平井技术引入中国的初期,处于摸索期,不成功的井较多。2007年,多分支水平井完井数量增加,成功率不断增高,如表1。到2008年10月为止,全国已施工多分支水平井64口,正在产气37口,产能达到7亿~8亿m3。在樊庄一胡底区块,2006~2010年度实施191口水平井,直井566口,最终实现15亿m3的产量,在15亿iTl3产量中,多分支水平 万方数据

无人机地面站发展综述

无人机地面站发展综述 [摘要]主要介绍了无人机地面站的发展,包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。 1、概述 20年来,无人机己发展成集侦察、攻击于一体,而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时,与无人机发展相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station) 将具有包括任务规划,数字地图,卫星数据链,图像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不仅能控制同一型号的无人机群,还能控制不同型号无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容性,即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心,其控制内容包括:飞行器的飞行过程,飞行航迹,有效载荷的任务功能,通讯链路的正常工作,以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外,同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响,适应各种复杂的环境,保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯,及时有效地传输数据,接收指令,在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 2典型地面站的配置和功能概述 2.1地面站的典型配置 目前,一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成,主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间的关系如图1所示。

(1)系统控制站。在线监视系统的具体参数,包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行,其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器,它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机,捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统,实现以下主要功能: —用于给飞行器发送命令和有效载荷; —接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元:包括一台或多台计算机,主要功能如下: —获得并处理从UAV来的实时数据: —显示处理; —确认任务规划并上传给UAV; 一一电子地图处理; —数据分发: —飞行前分析; —系统诊断。 2.2地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制,按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能: (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后,通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息,根据控制律解算出控制要求,形成控制指令和控制参数,再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机,通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根据任务要求实现对有效载荷的控制,并通过对有效载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。 (3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。 (4)导航和目标定位。无人机在执行任务过程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着联系。在遇到特殊情况时,需要地面控制站对其实现导航控制,使飞机按照安全的路线飞行。随着空间技术的发展,传统的惯性导航结合先进的GPS导航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目标定位是指飞行器发送给地面的方位角,高度及距离数据需要附加时间标注,以便这些量可与正确的飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最精确计算。为了精确确定目标的位置,必须通过导航技术掌握飞行器的

国外卫星导航应用标准综述概论

国外卫星导航应用标准综述 一、引言 全球卫星导航系统已深入到各国安全、经济领域的方方面面,已成为现代高新技术民用的成功典范。以产业化程度最高的GPS为例,已逐步演变为一种世界性的高新技术产业,它使航空、航海、测绘、时间及机械控制等传统产业的工作方式发生了根本的转变,它开拓了个人移动位置服务等全新的信息服务领域。随着卫星导航应用的逐步深入及应用领域的逐渐拓展,国外发布了大量卫星导航应用标准,本文将主要针对目前检索到的国外卫星导航应用标准进行梳理和分析。 二、国际及国外卫星导航相关标准化组织 卫星导航应用范围非常广,涉及卫星导航相关的国际和国外标准化组织也非常多,它们共同研究制定各国在航空、航海等领域赖以遵循、统一通用的导航条约法规、规范等标准。与卫星导航相关的国际级标准化组织主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)。此外,还有其他比较权威的区域标准化组织和国际组织也参与制定和发布卫星导航技术标准。经过调研与分析,共整理出了24个与卫星导航相关的标准化组织,这些标准化组织并不能涵盖卫星导航应用的所有领域,但已反映了卫星导航应用主流领域的标准化组织情况,如表1所示。其中美国的标准化组织有8个,欧洲的标准化组织有4个,核心的标准化组织除ISO、IEC和ITU外,还有ARINC、ETSI、FAA、NMEA、RTCM 和RTCA。

三、国外卫星导航应用标准分析 通过对表1中24个组织和机构的调研,共检索到卫星导航应用相关标准191项。经过整理和分析, 表1 与卫星导航相关的国际、国外标准化组织和国际组织(双线分割)

可将其归纳为卫星导航系统标准、卫星导航应用基础标准、电子地图标准、接收设备数据格式标准、差分技术标准、接收设备性能要求与检测方法六类。其中,卫星导航系统标准主要是各卫星导航系统的接口标准、系统性能标准;卫星导航应用基础标准主要为术语类和时空系统类标准;接收设备数据格式主要为应用领域的接收设备通用数据格式要求标准,差分技术标准为增强导航定位精度采用的差分技术和格式标准;接收设备性能要求与检测方法主要是各类接收机的标准。 1.卫星导航系统标准 1.1系统接口标准 系统接口标准主要是各卫星导航系统研制国公布的接口控制文件。目前GPS系统、GLONASS系统和Galileo系统都已经公布了各自的接口控制文件。 以GPS系统为例,自20世纪90年代末美国政府提出GPS现代化计划以来,美国军方先后发布了IS-GPS-200、IS-GPS-705、IS-GPS-800和IS-GPS-870四类接口性能规范:IS-GPS-200对GPS空间段与GPS无线电频率链路1(L1)和2(L2)的用户接收机之间的接口要求进行了定义,最新版本为IS-GPS-200G; IS-GPS-705规定了GPS无线电频率链路5(L5)上全球定位系统空间段和导航用户段之间的接口要求,其最新版本为IS-GPS-705C; IS-GPS-800定义了无线电频率链路1(L1)上GPS卫星与导航接收机之间的信号传输特征。虽然广播频段L1内有多个信号,这个接口规范只定义了L1内的民用信号(L1C),其最新版本为IS-GPS-800C;

多分支井钻井

多分支井钻井:多分支井是指在一口主井眼的底部钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼(二级井眼),甚至在从二级井眼钻出三级子井眼。几何导向钻井:由井下随钻测量工具测量的几何参数:井斜、方位和工具面的数值传给控制系统,由控制系统及时纠正和控制井眼轨迹的钻 井工具。 地质导向钻井:用地质准则来设计井眼的位置,对准确钻入油气目的层负责的钻井方式。 套管钻井:使用套管或尾管作为钻柱进行钻进,在一个钻井过程中同时完成钻井与固井作业。 控压钻井:是一种精确控制整个井筒环空压力的钻井技术,能有效解决窄窗口钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等多种复杂情况,避免地层流体侵 入井筒,减少井涌、井漏的发生。 泥浆帽钻井(mudcap drilling ):是液相欠平衡钻井的一种,指环空、节流阀关闭,环空施加重稠的流体(所谓的泥浆帽)而清稀的钻井液通 过钻具进入地层实现边漏边钻的一种钻井方式。 1.2根据课程学习对现代钻井技术包含的内容和未来钻井技术发展方向做一简单评述。(10分) 内容:水平井钻井技术、大位移井钻井技术、多分支井钻井技术、旋转导向钻井技术、地质导向钻井技术、小井眼钻井技术、套管钻井技术、柔性管钻井技术、随钻测量钻井技术、钻井信息应用技术、智能钻井技术。 方向:1.钻井技术的发展将以信息化智能化、综合化、现代化为特点,并以实现自动化钻井阶段为目标;2.在世界石油资源的主要地区和复杂地区的工作量将增大,在极地、远海、深层和复杂油气田江钻更多的井;3.钻井技术将按三个层次发展,即成熟技术集成化,在研究技术工业化、高新技术和创新工程加快引入和发展;4.钻井工程的理论研究将更加系统化与成熟。 1.3 根据课程学习分析我国钻井技术发展现状、存在问题和努力方向。(10分) 差距:我国在智能钻井、智能完井、复杂结构井、多分支井、大位移井和柔性管钻井完井等方面几乎还是空白或刚刚起步。钻井信息技术、随钻测量技术和深井技术(尤其是深初探)方面差距较大。水平井的应用还未达产业化的程度。钻井总体差距约为5-10年。 问题:我国钻井技术基本上还是以跟踪为主,创新成果不多。 今后:今后应明确目标、集中攻关、强调研究与开发有自主知识产权的创新工程与技术。应加强钻井理论研究,如钻井预测理论等,面向21世纪钻井技术的发展关键在人才,如何培养为钻井服务的创新人才和胜任国际全球化竞争的队伍迫在眉睫。 1.4 写出十种以上钻井新技术的中、英文名称。(10分) 水平井钻井技术.大位移井钻井技术.多分支井钻井技术旋转导向钻井技术.地质导向钻井技术:欠平衡钻井技术:小井眼钻井技术:控制压力钻井技术套管钻井技术:连续管钻井技术: 2.1 完成一口水平井的设计和施工将包含哪些方面的技术研究工作?(10分) 1.水平经济性:产量、效益、增加可采储量、提高采收率。 2.水平井井位确定布井方案研究:地址要素、长度、泄油面积 3.水平井油藏工程:锥进、产量预测、表皮效应、井网和形状研究 4.水平井设计:剖面设计、钻井参数、井身结构、钻柱组合

无人机导航定位技术简介与分析

无人机导航定位技术简介与分析 无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成,组合导航系统实时闭环输出位置和姿态信息,为飞机提供精确的方向基准和位置坐标,同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。结合了SAR 图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度,从而保证了无人飞机的自主飞行。 无人机导航是按照要求的精度,沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务,除了起始点和目标的位置之外,还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点,因此,在无人机导航中,要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。 一、单一导航技术 1 惯性导航 惯性导航是以牛顿力学定律为基础,依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度,经积分运算得出载体的瞬时速度和位置,以及测量载体姿态的一种导航方式。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪。三自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的三个平移运动的加速度。 计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务,工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰,不受气象条件限制,是一种自主式的导航系统,具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航。 2 定位卫星导航 定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前,全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS,欧洲的伽利略,俄罗斯的格拉纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。

导航系统发展趋势

船用导航产品技术发展趋势 1概述 船用导航技术很多,主要由磁导航、卫星导航、无线电导航、雷达导航、惯性导航和天体导航。我公司主要涉及磁导航和惯性导航,磁导航发展较早,主要产品为磁罗经,惯性导航产品同样有着辉煌的历史,是国内最早一批开始惯性导航产品的企业。 磁罗经因其连续工作时间长、自主性强、可靠性强和经济性好等显著地优点,始终是为各类舰艇与传播提供航向和观测物标方位等数据所必备的导航仪器。尽管近年来陀螺罗经、GPS定位设备、船用雷达的技术与精度有了飞跃式发展,但依然不可以取代磁罗经在舰艇上的使用地位。惯性导航设备可以为载体提供航向、位置、姿态、速度等基本物理信息,是信息化装备中最核心的传感设备之一。惯性导航设备仅需要敏感地球自转而不需要借助外界任何的光、电、磁信息的机理决定了它的完全自主的特点,是复杂战场环境中保底的导航手段。惯性导航技术是最重要的军用技术之一,可以毫不夸张的说,惯性导航的发展水平直接影响了一个国家的武器装备的先进性。惯性导航产业起步于军用,目前仍主要应用于军用领域。不过随着随着成本的降低和需求的增长,其范围已由原来的舰艇、飞机、航天宇航、制导武器、战车等军用或军民两用领域,扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等民用领域,甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。 2国外发展现状 2.1磁罗经 磁罗经是利用地磁场对磁针具有吸引力的现象而制成的一种航海指向仪器,地磁场是一种天然的矢量场,由地球自身的物理特性所产生,其方向和强度几乎不随时间、天气等的影响。因此,与其它导航方式相比,地磁导航是一种极为稳定,误差不累加(陀螺),不依赖于外界数据交互(GPS)的自主导航方式。虽然历史悠久,直到今日仍然被广泛的用于各类导航领域。并且是IMO(国际海事组织)强制装船的设备。过去,由于弱磁测量技术的限制,一直采用机械式磁罗经,与其他导航技术相比,地磁导航技术并未有真正的突破和发展。Sperry Marine 作为国外老牌导航产品厂商,生产的磁罗经目前依然在销售,其航向精度标称值优于0.5°。

惯性导航系统

惯性导航系统 一、惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS) 1、基本概念 惯性导航系统(INS)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面,还可以在水下。 惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固 态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光 陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽,线性度好, 性能稳定,具有良好的温度稳定性和重复性,在高精度的应用领域中一直 占据着主导位置。由于科技进步,成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高,是未来陀螺技术发展的方向。我国的惯导技术 近年来已经取得了长足进步,液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺 四轴平台系统已相继应用于长征系列运载火箭。其他各类小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及匹配GPS修正的惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。如漂移率 0.01°-0.02°/h 的新型激光陀螺捷联系统在新型战机上试飞,漂移率 0.05°/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用,以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用,都极大的改善了我军装备的 性能。 惯性导航系统有如下主要优点:(1)由于它是不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好,也不受外界电磁干扰的 影响;(2)可全天流全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;(3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且 噪声低;(4)数据更新率高、短期精度和稳定性好。其缺点是:(1)由 于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间而增大,长期精度差;(2)每次使用之前需要较长的初始对准时间;(3)设备的价格较昂贵;(4) 不能给出时间信息。但惯导有固定的漂移率,这样会造成物体运动的误差,因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正,以获取持续准确的位置参数。 2、惯性导航原理 目前,惯性导航分为两大类:平台式惯导和捷联式惯导。它们的主要区别在于,前者有实体的物理平台,陀螺和加速度计置于由陀螺定的平台上,该平台跟踪导航坐标系,以实现速度和位置解算,姿态数据直接取自于平台的环架;在捷联式惯导中,陀螺和加速度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机完成,

美军无人机地面控制系统最新发展

美军无人机地面控制系统最新发展 对于无人机系统来说,设计焦点大多都是集中在飞机本身,包括有效载荷。但根据数据统计表明,地面系统所需成本非常高,往往是单架无人机成本的 0.5 ~ 4 倍之间。这说明研制一个能够控制多种类型无人机的通用地面控制系统,不仅可以极大地降低无人机系统的开发、后勤支持和训练费用,也可以较大程度地改进无人机系统作战的灵活性,从而实现无人机系统之间的互操作性。 地面控制站一般由三部分组成,包括:操作员工作站,用于操作无人机发射、回收和控制软件;飞行用传感器载荷;视距和卫星数据链路无线电终端,用于传输飞行指挥命令和接收来自无人机的监视图像。美军的主要无人机系统,如美国空军的 " 捕食者 " 、 " 全球鹰 " 和美国陆军的 " 影子 200" 都是由不同的军种独立开发的,通用性和互操作性能很差,甚至没有。它们的地面控制站尤其如此。因此,空军的 " 捕食者 "/" 捕食者 B" 地面站是无法控制空军的 " 全球鹰" 或海军陆战队的 " 先锋 " 无人机,也无法接收他们的图像。但是,美国海军和陆军已经采取措施着力解决无人机间的互操作问题。而促进无人机互操作性发展的强大驱动因素就是与北约的标准化协议 STANAG4586 相兼容。 1 战术控制系统 战术控制系统( TCS ),是美国海军的通用无人机地面控制站,由海军的无人空中系统项目办公室( PMA-263 )管理、雷声公司情报和信息系统部门从 2000 年开始进行开发的。其研制目标就是提供一个开放式体系结构软件,能够控制多种不同类型的海上 / 岸上计算机硬件,实现任务规划、指挥与控制以及情报数据接收和分发等功能。 TCS 在 2003 年之前是一个联合军种项目,后来由于陆军和空军抵制将 TCS 用于它们的无人机系统,国会将其削减为海军一家的研制项目。 目前, TCS 已经研制成功。 PMA-263 希望将其应用于海军未来所有的无人机系统,包括预计将于 2008 年在美海军的第一艘 " 濒海战斗舰 " 上使用的垂直起降无人机 --" 火力侦察兵 " 在内。 TCS 的运行依靠的是基于 Unix 的计算机。该计算机的操作系统是 Sun 微系统公司开发的 Solaris 8 网络操作系统,尽管雷声公司曾经也开发了一个应用于该计算机的基于 Linux 的操作系统。 TCS 软件的最新版本是于 2006 年 6 月份交付给 " 火力侦察兵 " 的制造商诺思罗普· 格鲁门公司的,软件中增加了一系列的新功能,包括可以容纳多种不同的 " 即插即用 " 传感器载荷、在指挥、控制和信息分发时执行 STANAG 4586 标准等。 为了与 STANAG4586 兼容,雷声公司开发了一个可以操作多种美军和 NATO 无人机的 TCS 核心系统。不同无人机制造商开发的与 STANAG 4586 协同的无人机专用模块,可以与该核心系统接口,提供 TCS 的所有控制能力,实现各无人机系统之间的互操作。(如果未来需要在不同的无人机系统之间完全实现互操作,则各数据链必须互相兼容) 海军的 " 宽域海上监视 " ( BAMS )无人机计划于 2011 年进入制造,是TCS 的下一个潜在用户。目前,美国海军在演习中使用的是两架从美国空军采购的 " 全球鹰海上演示型 "(GHMD) 高空长航时无人机来帮助 BAMS 无人机开发操作概念和作战战术。由于美国国会削减了美国海军在 2004 年的预算中计划给 " 全球鹰 " 开发 TCS 能力的费用,这两架 GHMD 飞机使用的是美国空军现有的 " 全球鹰 " 地面站硬件和软件,而不是 TCS 。 PMA-263 的负责人,海军上校 Paul Morgan 称,洛克希德· 马丁公司和诺思罗普· 格鲁门公司正在开展 BAMS" 持久无人海上空中监视 " ( PUMAS )能力研究,包括评估 TCS 对于 BAMS 在该能力方面的适应性。

惯性导航系统发展综述报告

惯性导航系统发展综述报告 学号:姓名: 摘要:本文介绍了惯性导航系统的主要组成、基本原理、分类以及优缺点。列举了惯性导航系统在当前的主要应用领域及发展趋势。 关键词:惯性导航系统、陀螺仪、加速度计、GPS、组合导航 一.引言 美国《防务新闻》网站报道称,美军正在研制新型导航定位设备,以替代现在广泛使用的GPS卫星定位导航系统。GPS之所以被美军诟病,主要是由于该系统过于依赖脆弱的天基卫星系统。卫星在战时极易被干扰、破坏,或受到网络攻击,自身安全性难以得到有效保证。为有效解决GPS安全性问题和美军对精确定位、导航、授时服务的需求之间难以调和的矛盾,美军开始积极寻求GPS 的替代品。据称,基于现代原子物理学最新成就的微型惯性导航技术是未来代替GPS的一个重要的技术解决方案。 惯性导航系统是人类最早研发明的导航系统之一。早在1942年德国在V-2火箭上就率先应用了惯性导航技术。从2009年,美国国防部先进研究项目局就深入进行新一代微型惯性导航技术的研发与测试工作。据悉,这种新一代导航系统主要通过集成在微型芯片上的三个原子陀螺仪、加速器和原子钟精确测量载体平台相对惯性空间的角速率和加速度信息,利用牛顿运动定律自动计算出载体平台的瞬时速度、位置信息并为载体提供精确的授时服务。 美军也对该系统的未来发展充满信心。安德瑞·席克尔认为,就像30年前人们没有预想到GPS会发展到目前如此程度一样,在未来20年新一代微型惯性导航系统的发展程度也是无可限量的。 从此报道中可以看出研究惯性导航技术的重要作用。 二.惯性导航系统的概念 惯性导航(inertial navigation)是依据牛顿惯性原理,利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度,经过积分和运算得到速度和位置,从而达到

《惯性导航简介》

惯性导航简介 ——《导航概论》课程论文 专业:测绘工程A组姓名:师嘉奇学号:2015301610091 一.摘要与关键字 1.本文摘要:本文主要对导航工程的基本内涵,方法与原理进行简单介绍,主要介绍有关惯性导航的相关内容,并且根据在本学期《导航概论》这门课程上所学习的内容谈一谈自己对导航应用的设想以及对本课程教学的建议。 2.关键字:惯性导航,定位技术,应用与服务,发展与前景 二.导航工程基本内涵 导航定位的历史与人类自身发展的历史一样久远。人类的导航定位活动源自于其生活和生产的需要。陆地上的导航定位最早发生在人类祖先外出寻找食物或狩猎的过程中,那时,他们通常在沿途设置一些特殊的“标记”来解决回家迷路的问题。随着探索遥远地域的愿望与行动的出现,他们则通过观察和利用自然地标(如山峰、河流、树木、岩石等)以及自然天体(恒星)来解决导航定位问题这也使得他们能够翻越高山、跨越河流。谈到导航,很多人会认为这是一个在近现代才提出的词汇,但是,导航的历史已经非常久远了。从古代黄帝作战使用的指南车,到战国时期的司南,从近代航海使用的指南针,再到当今社会人手一部的智能手机,导航已经有了很悠久的历史。那么,导航工程的基本内涵到底是什么呢?

首先,我们可以通过两个英文的句子来大概了解一下到底什么是导航“when am I?”和“How and when to get there?”,这两个问题问的是我现在在哪?我要怎么到那里去?它们也指出了导航的内涵,那就是在哪,怎样去,多久到达。因此,通过科学的定义,将航行载体从起始点引导到目的地的过程称为导航,导航系统给出的基本参数是载体在空间的即时位置、速度和姿态、航向等,导航参数的确定由导航仪或导航系统完成。通过这种技术引导载体方向的过程即为导航。导航是解决人,事件,目标相互位置动态关系随时间变化的科学,技术,工程问题。 在室外或者自然环境中的导航,按照载体运动的范围,可分为海陆空天(海洋、陆地、空中、空间)导航四类;按照所采用的技术,常用的导航方法有,天文导航、惯性导航、陆基无线电导航、卫星导航、特征匹配辅助导航(如地形匹配、地磁匹配、重力匹配)等,以及上述导航方法之间的不同组合(组合导航)。室内定位导航作为当今导航技术发展的个重要分支,它借鉴室外导航的相关技术,同时结合现代通信技术、网络技术传感器技术以及计算机技术的最新发展,已经成为一个重要的研究热点并在人们日常工作和生活中逐步得到应用。室内导航与自然环境中的导航既有联系又有其自身的特点,其主要差异是来自于应用环境及所采用的技术方法不同。 导航系统有两种工作状态:指示状态和自动导航状态。如导航设备提供的导航信息仅供驾驶员操纵和引导载体用,则导航系统工作为指示状态,在指示状态下,导航系统不直接对载体进行控制,如果导

无人机数据传输系统-手册

1.概论: 无人机,即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员,只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等,通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言,重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好,特别宜于执行危险性大的任务,因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员,其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此,无人机具有以下特点: (1)结构简单。没有常规驾驶舱,无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻,体积变小,有利于提高飞行性能和降低研制难度。 (2)安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性,保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 (3)性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用,从而突破了有人在机的危险,保证了飞行的安全性。 (4)一机多用,稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。

(5)采用成熟的发动机和主要机载设备,以减少研制风险与经费投入,加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 (6)研制综合训练系统。技术要求有: (1)信息技术包括信息的收集和融合,信息的评估和表达,防御性的信息战、自动目标确定和识别等; (2)设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等; (3)性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分,主要包括四部分: (1)飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括:无人机、机载电子设备和辅助设备等,主要完成飞行任务。地面部分包括:飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统,主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务,空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 (2)数据链系统 包括:遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行,并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 (3)任务设备系统 包括:为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。

多分支井完井技术知识讲解

多分支井完井技术

多分支井完井技术 摘要:多分支井钻井已成为现在钻井工程中的重点发展的石油科技进步项目之一,但在国内开展这方面的运用还不够,本文在收集现有的国内文献的基础上分析多分支井完井技术的发展及运用。 关键词:多分支井,完井 由于多分支井和原井再钻能提高油气井的效益,降低吨油开采成本,实现少井高产,也有利于提高采收率,所以多分支钻井技术得到了应用和发展,但多分支井是用钻井手段提高产量和采收率的新兴技术,其技术难度较大,尤其是完井技术。因此,我们必须在跟踪国外技术的同时,加大研究力度,要有所创新,尽快开发和完善该项技术[1]。 1多分支完井的分级[2] 按TAML分级,多分支井完井方式可为1~6S级,见下图1。 1) 一级完井主井眼和分支井眼都是裸眼。侧向穿越长度和产量控制是受限的。完井作业不对各产层分隔,也不能对层间压差进行任何处理。 2) 二级完井主井眼下套管并注水泥,分支井裸眼或只放筛管而不注水泥。主分井筒连接处保持裸眼或者可能的话在分支井段使用“脱离式”筛管(‘drop off’ liner),即只把筛管(衬管)放入分支井段中而不与主井筒套管进行机械连接,也不注水泥。与一级完井相比,可提高主井筒的畅通性并改善分支井段的重返潜力。二级完井通常要用磨铣工具在套管内开窗,也可使用预磨铣窗口的套管短节。Anadrill公司有为二级完井用的快速钻穿窗口技术。 3) 三级完井主井眼和分支井眼都下套管,主井眼注水泥而分支井眼不注水泥。三级多底分支井技术提供了连通性和可及性。分支井衬管通过衬管悬挂器或者其它锁定系统固定在主井眼上,但不注水泥。主分井筒连接处没有水力整体性或压力密封,但有主分井筒的可及性。三级完井可用快速连接系统 (Rapid Connect)为分支井和主井眼提供机械连接,为不稳定地层提供高强度连接。三级完井还可用预钻的衬管或割缝衬管,是预制的但不是砾石充填的滤砂管。Anadrill公司使用了 1种脱离式衬管完井设计,分支井衬管的顶端可通过水力短节进行脱离。套管外封隔器用于脱离式完井装置中以隔离多个油层,固定衬管顶端以便于重返进入衬管。在有油管的主套管中使用常规的套管封隔器,在跨式封隔器 (Straddlepakers)之间用水力方法来隔离每一个分支井眼。分支井的产量由滑套和其它流量控制装置来控制。这种完井方法较廉价,操作也相当简单,在欧州北海已得到验证,目前正应用于深水海底井中。其完井作业中的关键技术是流量控制装置在井下的操作。Schlumberger Camco公司智能井控技术可实现远程操作和控制井下流量控制装置。 4) 四级完井四级完井的主井眼和分支井眼都在连结处下套管并注水泥,这就提供了机械支撑连接,但没有水力的整体性,意思是液体水力是隔离的。事实上分支井的衬管是由水泥固结在主套管上的。这一最普通的侧钻作业尽管使用了套管预铣窗口装置,但仍然取决于造斜器辅助的套管窗口磨铣作业。分支井衬管与主套管的接口界面没有压力密封,但是主井眼和分支井都可以全井起下进入。这种级别的多底井技术虽然复杂和风险高且仍处于发展阶段,但是在全世界范围内的多底井完井中已获成功。 5) 五级完井五级完井具有三级和四级分支井连接技术的特点,还增加了可在分支井衬管和主套管连接处提供压力密封的完井装置。主井眼全部下套管且连接处是水力隔离。从主井眼和分支井眼都可以进行侧钻。可以通过在主套管井眼中使用辅助封隔器、套筒和其它完井装置来对分支井和生产油管进行跨式连接(Straddle)以实现水力隔离。五、六级完井的分支井具有水力隔离、连通性和可及性特点。多底井技术的最难点是高压下的水力隔离和水力整体性。 6) 六级完井连接处压力整体性连接部压力与井筒压力一致,是1个整体性压力,可通过下套管取得,而不依靠井下完井工具。六级完井系统在分支井和主井筒套管的连接处具有一个整体式压力密封。耐压密封的连接部是为了获得整体密封特征或金属整体成型或可成型而设计,这在海洋深水和海底(Subsea,水

惯性导航技术

惯性导航技术 [定义] 导航是引导载体到达预定目的地的过程。根据所采取的技术途径,导航分为无线电导航、天文导航、卫星导航及惯性导航。惯性导航技术则是利用惯性测量元件测量载体相对于惯性空间的运动参数,然后在给定的初始条件下推算出导航参数,引导载体到达目的地的技术。 惯性导航技术的理论基础是牛顿力学基本定律。惯性导航系统的核心是惯性测量元件--陀螺和加速度计。惯性导航系统分成平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。平台式惯性导航系统将惯性测量元件安装在惯性平台上,惯性平台稳定在预定的坐标系内,为加速度计提供一个测量基准,并使惯性测量元件不受载体角运动的影响。导航计算机根据加速度计的输出和初始条件进行导航解算,得出载体的位置、速度等导航参数。捷联式惯性导航系统将惯性测量元件直接固联在载体上,测量沿载体坐标系的角速度和角加速度,计算机则利用陀螺的输出,进行坐标变换,求解载体的即时速度、位置等导航参数。 惯性导航仅依靠惯性装置本身就能在载体内部独立地完成导航任务,不需要与外界发生任何信号联系,具有高度的自主性。这在战略和战术应用上具有重要的意义。但惯性导航的定位误差会随时间逐步增加,必须不断地进行误差修正,才能保证达到要求的精度。 [相关技术]惯性技术;导航技术 [技术难点] 1、高精度激光陀螺技术; 2、高精度集成光学光纤陀螺技术; 3、微型固态惯性器件技术; 4、捷联初始对准技术; 5、惯性器件误差模型建立与标定; 6、现代控制算法; 7、误差控制与补偿技术; 8、综合导航技术。 [国外概况] 武器系统的发展和需求,促进了惯性技术的发展。二次大战后,机电陀螺技术发展迅速,液浮陀螺、静电陀螺和动力调谐陀螺先后成熟,被广泛用于惯性导航系统。60年代以来,随着激光的出现,激光陀螺和光纤陀螺问世,并以其优良的性能受到关注,迅速进入惯性导航领域。光电技术和微机电技术的发展,促成了半球谐振陀螺、石英音叉陀螺等新型陀螺和微机械加速度计的出现和发展。惯性测量元件的发展,为惯性导航装置和技术的发展奠定了良好的基础。 惯性导航装置最先用于飞机。50年代初就已经演示了机载惯性导航系统。作为商业飞机和大多数军用航空器的惯性导航装置,要求固有位置误差的变化范围在~2 n mile/h(海里/小时),速度误差为2~4m/s(米/秒)。70年代初,以机电陀螺为基础的机载惯性导航装置,已经达到了这些性能指标,可以满足军用和民用飞机的基本导航要求,但由于可靠性不高,因此飞机导航仍主要以无线电导航为基础。此后,机载惯性导航装置的发展目标是,提高可靠性,减少体积、重量和成本,降低维修费,从而减少寿命周期成本。这些要求则反过来推动了惯性测量器件,特别是光电惯性器件的发展。80年代。可靠性高、尺寸小、机械结构简单的激光陀螺成熟,并迅速应用在机载惯性导航装置中,一大批以激光陀螺为基础的惯性导航装置问世,并装备在军用和民用飞机上。激光陀螺正逐步在机载惯性导航领域占据主导地位。90年代,光纤陀螺成熟,并进入机载惯性导航领域。而GPS导航技术的发展以及与惯性导航装置组成机载综合导航系统,进一步强化了惯性导航在机载导航中的地位。 惯性导航装置也成功地用于舰船。舰载惯性导航也是首先以机电陀螺为基础,然后转向

相关文档