论文摘要：随钻测量用微小型导航计算机研究与设计

由于油气井中复杂井井眼口径越发窄小，高温，高冲击等恶劣环境，传统的测量仪器已经不能满足在油气井中恶劣环境下的测量要求。本文从以上问题出发开展随钻测量用微小型导航计算机的研究工作，以适应复杂的井下环境测量，主要研究内容有以下几点：

(1) 从捷联惯性导航原理出发，构建随钻测量系统理论模型，理论推导出二位置测斜导航算法，根据系统功能提出导航计算机及仪器测量指标要求。

(2) 根据系统设计指标，提出总体设计方案，采用双轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计作为核心传感器部件，实现了轻型二位置光纤陀螺惯性测量单元。提出了一种以数字信号控制器（DSC）和FPGA组成的导航计算机方案。由DSC（dsPIC30F6014A）作为核心处理器完成导航解算；由FPGA完成对IMU（惯性测量单元）数据的采集控制及传输等功能。DSC与FPGA之间通过串口传输，最终导航结果由DSC输出给外部控制设备。

(3) 根据系统原理进行软硬件设计。硬件电路设计包括芯片选型，外围电路设计和加速度采集电路。软件设计包括下载配置程序、CPU之间以及系统与PC之间的通信协议和系统软件流程及算法。

(4) 对电路板进行电磁兼容性设计，为进一步减少导航计算机硬件电路所占仪器的立体空间，提出采用刚柔结合印制线路板的新思路，并完成样板软硬件设计，并实现导航功能。

(5) 对系统样机进行综合测试，样机测试结果表明，该系统很好的满足了随钻测斜仪的性能尺寸要求，样机达到了预期精度指标要求（井斜角精度优于±0.2°，方位角精度优于±2°，工具面角精度优于±0.5°），工作温度：0℃-85℃，系统的外径尺寸达到35mm,长度<700mm,体积、重量等方面达到了井下测斜仪器设计要求。