【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于标定，具体涉及一种三轴无磁转台的定向探管的标定系统及方法。
技术介绍
1、基于磁传感器的随钻测量系统日益广泛地应用于煤炭和石油钻探行业，且在使用过程中需要对随钻测量系统的定向探管定期进行标定，以确保其测量的准确性和可靠性。由于在对定向探管标定时，需要最大程度地隔绝除地磁场以外的磁场干扰，因此通常使用三轴手动无磁转台的定向探管执行标定流程。
2、依照现有的标定流程，工程人员需要手动将三轴无磁转台精确地调整至若干多个预先设定的角度，再将预先设定的角度数据作为参考测量值手动输入标定模块中来对定向探管进行标定。然而，当工作人员将三轴无磁转台手动调整至预先设定的角度的过程中，需要依靠视力去判断调整的方向及角度，并不断的尝试调整，直至达到预设角度，由于在标定过程中，需要设定多个角度，导致耗时较多，另外，还需要依次将设定的多个角度数据手动输入标定模块中，因此，整个过程耗时较多，一天只能标定2-3台，标定效率非常低。
技术实现思路
1、为了克服三轴无磁转台手动调整至特定角度时耗时过多，导致标定效率低的不足，本专利技术提供了一种三轴无磁转台的定向探管的标定系统及方法。其标定系统包括：
2、电子数显屏幕，用于采集并显示三轴无磁转台的参考姿态角；
3、摄像头，用于拍摄电子数显屏幕上的参考姿态角的数值图像，并对所述数值图像进行传输；
4、数字识别模块，与所述摄像头电连接，用于接收所述数值图像；并对所述数值图像进行分析，得到三轴无磁转台的参考姿态
5、标定模块，与所述数字识别模块电连接，用于根据所述接收到的参考姿态角数据计算定向探管的标定参数，并根据所述标定参数对定向探管进行角度标定。
6、优选的，所述标定模块及定向探管内部均设置有传感器标定模型，所述标定模块内部的传感器标定模型用于根据接收到的参考姿态角数据计算定向探管的标定参数，所述定向探管内部的传感器标定模型用于根据接收到标定参数对定向探管进行标定。
7、优选的，所述传感器标定模型包括加速度计标定模型和磁强计标定模型。
8、优选的，所述参考姿态角为任意角，且数量为多个。
9、本专利技术还提供有一种三轴无磁转台的定向探管的标定系统的标定方法，包括如下步骤：
10、将定向探管夹持于三轴无磁转台上，随机调整三轴无磁转台的角度，得到三轴无磁转台的参考姿态角；
11、获取呈现于电子数显屏幕上的参考姿态角的数值图像；
12、将所述数值图像传输至数字识别模块并进行分析，得到三轴无磁转台的参考姿态角数据；
13、重复上述获得参考姿态角数据的步骤，获取多组参考姿态角数据；
14、根据多组参考姿态角数据计算定向探管的标定参数，并根据所述标定参数对定向探管进行角度标定。
15、优选的，将所述数值图像传输至数字识别模块并进行分析，得到三轴无磁转台的参考姿态角数据，包括如下步骤：
16、对所述数值图像进行最大矩形框提取；
17、根据提取到的最大矩形框的竖直边的方向对所述数值图像进行旋转矫正，并将所述矫正后的最大矩形框内部区域划分为单个数字区域；
18、将单个数字区域输入cnn网络进行数字识别，得到三轴无磁转台的参考姿态角数据。
19、优选的，所述标定模块及定向探管内部均设置有传感器标定模型，所述传感器标定模型包括加速度计标定模型和磁强计标定模型。
20、优选的，所述根据多组参考姿态角数据计算定向探管的标定参数，并根据所述标定参数对定向探管进行角度标定，具体为根据参考姿态角数据及加速度计标定模型计算定向探管的标定参数，包括如下步骤：
21、根据定向探管的当前姿态角的参数得到定向探管在当地导航坐标系n至载体坐标系b之间的旋转矩阵：
22、
23、式中，为当前姿态角的横滚角、为当前姿态角的俯仰角、为当前姿态角的航向角；
24、令导航坐标系下的当地重力加速度矢量，其在载体坐标系下的投影为：
25、
26、得到在静止状态下加速度计的测量模型：
27、
28、其中，g为重力加速度，、、…、和、、为待标定参数，、、为加速度计第个姿态角处的原始测量值；
29、利用多组参考姿态角构成最小二乘解算模型，使用最小二乘解算模型对所述加速度计的测量模型进行求解，得到标定加速度计的所有参数。
30、优选的，所述根据多组参考姿态角数据计算定向探管的标定参数，并根据所述标定参数对定向探管进行角度标定，具体为根据参考姿态角数据及磁强计标定模型计算定向探管的标定参数，包括如下步骤：
31、根据定向探管的当前姿态角的参数得到定向探管在当地导航坐标系n至载体坐标系b之间的旋转矩阵：
32、
33、式中，为当前姿态角的横滚角、为当前姿态角的俯仰角、为当前姿态角的航向角；
34、令导航坐标系下的当地地磁场矢量，和分别表示地磁场的水平分量和数值分量，其在载体坐标系下的投影为，得到在静止状态下磁强计的测量模型：
35、
36、其中，、、…、和、、等共12个参数为待标定参数，、、为磁强计第个姿态角处的原始测量值；
37、利用多组参考姿态角构成最小二乘解算模型，使用最小二乘解算模型对所述磁强计的测量模型进行求解，得到标定加速度计的所有参数。
38、优选的，所述cnn网络根据resnet-18设计，其输入张量的尺寸为3×64×64，输出为三轴无磁转台的参考姿态角数据。
39、本专利技术提供的三轴无磁转台的定向探管的标定系统及方法具有以下有益效果：
40、本专利技术通过在标定系统中设置摄像头和数字识别模块，能够在对三轴无磁转台的定向探管进行标定时，只需要随机调整三轴无磁转台至任意角度，并将该角度作为参考姿态角，该过程无需将三轴无磁转台精确地调整至多个预先设定的角度，避免了依靠视力不断去调整三轴无磁转台方向及角度直至达到预设角度的过程，大大提高了标定效率；另外，在将预设角度数据输入至标定模块的时，通过摄像头将电子数显屏幕上呈现的参考姿态角的数值图像传输至数字识别模块，数字识别模块能够根据数值图像分析出参考姿态角数据，并将数据传输至标定模块，该过程无需工作人员手动将参考姿态角数据多次输入标定模块，整个过程自动化完成，提高了标定效率；最后标定模块能够根据获得的参考姿态角数据计算出定向探管的标定参数，并根据标定参数对定向探管进行标定。
41、通过本专利技术的标定系统能够大大提高了标定效率，20分钟左右即可完成一套探管设备的标定工作。
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1.一种三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，所述标定模块（5）及定向探管（6）内部均设置有传感器标定模型，所述标定模块（5）内部的传感器标定模型用于根据接收到的参考姿态角数据计算定向探管（6）的标定参数，所述定向探管（6）内部的传感器标定模型用于根据接收到标定参数对定向探管（6）进行标定。
3.根据权利要求2所述的三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，所述传感器标定模型包括加速度计标定模型和磁强计标定模型。
4.根据权利要求1所述的三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，所述参考姿态角为任意角，且数量为多个。
5.一种基于权利要求1所述的标定系统的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，将所述数值图像传输至数字识别模块（4）并进行分析，得到三轴无磁转台（3）的参考姿态角数据，包括如下步骤：
7.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，所述标定模块（5）及定向探管（
8.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述根据多组参考姿态角数据计算定向探管（6）的标定参数，并根据所述标定参数对定向探管（6）进行角度标定，具体为根据参考姿态角数据及加速度计标定模型计算定向探管（6）的标定参数，包括如下步骤：
9.根据权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述根据多组参考姿态角数据计算定向探管（6）的标定参数，并根据所述标定参数对定向探管（6）进行角度标定，具体为根据参考姿态角数据及磁强计标定模型计算定向探管（6）的标定参数，包括如下步骤：
10.根据权利要求6所述的标定方法，其特征在于，所述CNN网络根据ResNet-18设计，其输入张量的尺寸为3×64×64，输出为三轴无磁转台（3）的参考姿态角数据。
...【技术特征摘要】
1.一种三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，所述标定模块（5）及定向探管（6）内部均设置有传感器标定模型，所述标定模块（5）内部的传感器标定模型用于根据接收到的参考姿态角数据计算定向探管（6）的标定参数，所述定向探管（6）内部的传感器标定模型用于根据接收到标定参数对定向探管（6）进行标定。
3.根据权利要求2所述的三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，所述传感器标定模型包括加速度计标定模型和磁强计标定模型。
4.根据权利要求1所述的三轴无磁转台的定向探管的标定系统，其特征在于，所述参考姿态角为任意角，且数量为多个。
5.一种基于权利要求1所述的标定系统的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的标定方法，其特征在于，将所述数值图像传输至数字识别模块（4）并进行分析，得到三轴无磁转台（3）的参考姿...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭腊梅，栗宗明，包军强，刘荟，陈轲，梁梓辰，
申请(专利权)人：陕西太合智能钻探有限公司，
类型：发明
国别省市：
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