针对目前煤矿井下采用人工测量方法不准确和基于三轴光纤陀螺的钻孔定位成本较高等问题,设计了一种新型钻机开孔定向仪,介绍了仪器的总体方案及工作原理,搭建了基于MSG7100D-300陀螺和KXR94加速度计,以STM32单片机为CPU核心的硬件平台;系统采用静态四位置方法寻北方式及卡尔曼滤波的跟踪算法,有效地、快速地实现系统的测量。通过对原型样机的实验测试,结果表明,基于MEMS陀螺的钻机开孔定向仪其寻北时间、寻北精度以及动态测量精度,均满足了钻机开孔定向的指标要求及用户的实际需求。

针对现有钻机开孔定位装备在测量精度、成本及操作性上不能满足实际需求的问题，设计了一种将基于单轴光纤陀螺的寻北系统与基于微惯性测量单元的跟踪系统相结合的新型钻孔开孔定向仪。以四位置寻北方法为例，介绍了寻北系统的基本原理，并从光纤陀螺的输出误差、安装误差、倾斜角误差、转位误差、地球物理量误差等方面介绍了寻北系统的各种误差及来源。针对安装误差和倾斜角误差，建立了非线性加速度误差补偿模型；针对光纤陀螺的随机漂移误差，采用卡尔曼滤波方法进行修正。实验结果表明，减小倾斜角、光纤陀螺随机漂移误差、转动机构转位

针对现有方法无法实现瓦斯抽放孔开钻前钻机精确、快捷定向的问题,提出采用光纤陀螺惯性导航技术实现钻机精确快速定向的新方法。根据调整钻机姿态过程的运动特性及测量要求,设计了钻机定向仪测量总体方案,采用速度及位置的双参数组合抑制了测量误差随时间的漂移,设计了组合卡尔曼滤波器,实现了快速、方便、长时间的精确测量。完成了定向仪硬件总成、软件算法及上位机软件的设计,实现了原理样机。通过对样机试验验证了方案的正确性,试验结果表明定向仪寻北时间、寻北精度以及动静态长时间测量精度均达到了钻机定向指标要求,基于光纤