一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法。首先通过测量发球筒几何尺寸确定IMU初始姿态角真值的估计值；然后用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角和仰俯角，计算出航向角和仰俯角的对准误差；进而利用对准误差绝对值的差值作判据，评估两次迭代滤波的效果。该方法可以对不同迭代次数的滤波效果进行一定程度的比较，提示过度滤波的情况，实现对预处理算法的优化。相对于直接比较解算轨迹和校验点的匹配程度，本方法效率更高，对终止迭代的判断依据剔除了绝大多数混杂因素，更有说服力，基本避免了过度滤波的情况，实现了对数据预处理算法的优化。

An Optimal Method for IMU Data Preprocessing in Pipeline Surveying and Mapping

The invention discloses an optimization method for IMU data preprocessing in pipeline surveying and mapping. Firstly, the true value of the initial attitude angle of IMU is determined by measuring the geometric size of the service barrel; then, the heading angle and elevation angle are obtained by initial alignment of static base with two iterated filtering data to be compared, and the alignment errors of heading angle and elevation angle are calculated; then, the difference of absolute value of alignment error is used as criterion to evaluate the effect of the two iterated filtering. This method can compare the filtering effects of different iterations to a certain extent, indicating the situation of over-filtering and realizing the optimization of the preprocessing algorithm. Compared with the direct comparison of the matching degree between the trajectory and the checkpoint, this method is more efficient. The judgment basis of termination iteration eliminates most of the confounding factors and is more convincing. It basically avoids the situation of over-filtering and realizes the optimization of the data preprocessing algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法
本专利技术涉及管道测绘内检测装置的IMU子系统输出的原始数据的预处理方法，具体地说是IMU原始输出数据在进行离线处理时，首先需要进行的时域去噪方法。
技术介绍
1.管道测绘内检测管道内检测装置(PIG)在管道内运动过程中，可以对管道缺陷或变形情况进行测量。管道和管道内检测系统对管道相关的对象有定位的需求，需要实施测绘工程。基于惯性技术的管道测绘内检测是当前国际上主要的管道工程测绘方法。可在管道正常运行状态下，使用惯性测量器件(inertialmeasurementunit,IMU)测绘管道的三维坐标，以地面参考点修正，能精确描绘管道中心线三维坐标轨迹。系统主要采用捷联惯性导航系统(IMU为核心传感器系统)与里程计组成组合导航系统进行航位推算和定位。2.IMU输出数据的离线去噪处理通常，当选用中低精度的IMU设备时，设备标称精度经常达不到测量要求，或者标称精度不稳定，其测量数据(包括同步采样得到的三维角速度和三维加速度数据)的噪声水平直接决定了后续算法解算管道中心线坐标轨迹的精度，因此需要通过时域的去噪算法尽可能滤除原始测量数据中的随机噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，该方法为：(1)通过测量发球筒几何尺寸确定IMU初始姿态角真值的估计值；(2)用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角和仰俯角，计算出航向角和仰俯角的对准误差；(3)进而利用对准误差绝对值的差值作判据，评估两次迭代滤波的效果。

【技术特征摘要】
1.一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，该方法为：(1)通过测量发球筒几何尺寸确定IMU初始姿态角真值的估计值；(2)用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角和仰俯角，计算出航向角和仰俯角的对准误差；(3)进而利用对准误差绝对值的差值作判据，评估两次迭代滤波的效果。2.根据权利要求1所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，航向角和仰俯角具体如下：步骤一：确定IMU初始姿态角真值的估计值，仰俯角β′估计为0°，航向角α′估计为发球筒中心线指向的方向；步骤二：用待比较的两次迭代滤波数据进行静基座初始对准，分别得到航向角αi、αj和仰俯角βi、βj；步骤三：定义第i次、第j次滤波后的航向角误差分别是εzi、εzj，仰俯角误差分别是εxi、εxj，此时根据下面关系：α′≈α+εz(1)β′≈β+εx(2)显然有，α′i＝α′j＝α′，β′i＝β′j＝β′。则第i次和第j次的εz和εx可以近似通过(1)和(2)求出；步骤四：定义判据为：σij＝|εzi|-|εzj|(3)τij＝|εxi|-|εxj|(4)。3.根据权利要求2所述的一种对管道测绘内检测IMU数据预处理的优化方法，其特征在于，使用判据的方法为：1)在迭代滤波过程中，通常让三列陀螺数据或者三列加速度数据选择同一组滤波参数，但陀螺和加速度计数据分别独立滤波；因此，作为直接判据的σij或者τij能够独立使用；2)利用σij或者τij进行比较和判定，必须参考其他迭代过程中产生的同类数据；3)和同类数据对比，如果σij或τij的绝对值较大，说明参与比较的第i、j次滤波效果对比明显，反之效果对比不明显；4)如果求得σij>0或者τij>0，而且相对之前求得的同类数据，σij或者τij的绝对值不是小量，则通常认为第j次滤波得到的陀螺仪数据或者加速度计数据精度更高；反之，σij<0或者τij<0，且绝对值不是小量，则第i次的滤波效果更好；5)如果σij或者τij的绝对值相对同类数据是小量，相对εzi、εzj、εxi、εxj也是小量，则通常认为两次滤波的效果相近；6)i和j是先后两次连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛正林，司刚强，成文峰，苏林，陈发祥，许志军，郑树林，袁龙春，汤荣，龚则，顾春琳，马雪莉，杜慧丽，尹逊金，刘俊甫，李通，曹乐乐，孟祥磊，庄金峰，李军，侯世俊，钱得才，姚志军，张苏，刘义生，张锋，朱克云，刘先东，陈峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石化管道储运有限公司，中石化长输油气管道检测有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11