基于GNSS农机导航姿态校准研究

发布时间：2020-12-08 04:44

　　在发展精准农业和智能农业过程中,大多数国内外的研究者都是在路面平坦的环境下进行农机自动导航实验的,而研究农机导航的最终目的是要实现农机在田间进行导航作业,而农业机械在田间作业过程中,由于地面高低起伏导致车体姿态的改变。安装在车体几何中心的GNSS接收机天线的相位中心会因为车体姿态的变化而不再和车体几何中心在水平地面上的投影重合,从而不能正确定位出车体的实际位置。而这种由于车体姿态变化产生的定位误差对于大规模的农场收割播种施肥等高精度的导航作业要求来说是影响很大的,因此必须加以校正。本文研究的课题是在改进的纯追踪模型导航算法的基础上载引入姿态校正算法进行路面高低起伏环境下的直线规划路径跟踪控制,首先研究分析导航定位的系统组成和接收机的工作原理以及绝对定位和差分定位原理等内容。其次在导航定位的基础上又分析了姿态测量原理和电子罗盘的测姿原理,然后进行了姿态校准算法的研究和设计和农机自动导航控制的硬件和软件方案设计,对四轮车的基本结构进行分析,为实验研究提供硬件平台;对四轮电动车的数学模型进行分析研究,为自动导航算法的研究提供依据。提出了一种改进的路径追踪算法,并且在MTALAB上进行模拟仿真... 

【文章来源】：上海工程技术大学上海市

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题的来源
    1.2 课题研究背景
        1.2.1 课题研究背景
        1.2.2 GNSS在精准农业上的应用
        1.2.3 农业在我国重要性
    1.3 研究现状
        1.3.1 发达国家研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 农业机械自动导航系统主要技术分析
        1.4.1 导航定位传感器
        1.4.2 车辆导航控制方法
    1.5 研究内容与技术路线
        1.5.1 主要研究内容
        1.5.2 技术路线
    1.6 课题研究的目的和意义
        1.6.1 研究的目的
        1.6.2 研究的意义
第二章 导航定位系统
    2.1. GNSS系统组成
        2.1.1 空间星座单元
        2.1.2 地面监控单元
        2.1.3 用户设备单元
    2.2 GNSS定位原理
        2.2.1 绝对定位原理
        2.2.2 相对定位原理
        2.2.3 RTK技术
    2.3 本章小结
第三章 车体姿态校正方法
    3.1 车体姿态校正的原因
    3.2 坐标系的定义与变换
        3.2.1 GNSS测姿态角的三种坐标系
        3.2.2 GNSS测量姿态的坐标变换
        3.2.3 双天线测姿
        3.2.4 电子罗盘工作原理
        3.2.5 GNSS测姿精度分析
    3.3 自适应滤波器的原理与应用
        3.3.1 自适应信号的处理
        3.3.2 自适应滤波器的应用
    3.4 卡尔曼去噪滤波
        3.4.1 卡尔曼滤波简介
        3.4.2 卡尔曼滤波处理过程
        3.4.3 卡尔曼处理之后的波形
    3.5 姿态校准过程
        3.5.1 倾斜定位误差
        3.5.2 航向角的测量与Kalman滤波
    3.6 本章小结
第四章 基于纯路径追踪模型的硬件平台和软件系统
    4.1 农机导航系统的硬件平台
        4.1.1 转向控制系统组成
        4.1.2 定位与测姿系统组成
    4.2 M300C-U基准站
        4.2.1M300C-U的特点
        4.2.2 面板及接口说明
        4.2.3 M300C-U基准站基本设置
    4.3 接收电台的配置
    4.4 M600U双天线移动站
        4.4.1 M600主要特点
        4.4.2 M600工作原理
        4.4.3 M600U的接口以及内部通讯
        4.4.4 M600U的参数配置
    4.5 导航控制系统
    4.6 传感器系统
    4.7 软件系统设计
        4.7.1 系统软件设计目标
        4.7.2 系统软件总体设计
        4.7.3 主要类模块设计
        4.7.4 界面设计
    4.8 模型车导航控制原理
        4.8.1 路径跟踪控制方法研究
        4.8.2 纯追踪姿态校正模型仿真分析
    4.9 本章小结
第五章 自动导航姿态校正实验
    5.1 路径追踪效果的实验测试
        5.1.1 实验测试目的
        5.1.2 实验测试平台
        5.1.3 路径追踪实验
    5.2 路径追踪精度的影响因素
        5.2.1 导航定位方面
        5.2.2 导航控制算法方面
        5.2.3 转向控制方面
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光电传感器AGV差速导向控制方法研究[J]. 王伟,胡镇,宋延华,徐金琦.  制造业自动化. 2013(19)
[2]处方农作车载嵌入式信息处理系统的研制[J]. 魏新华,但志敏,孙宏伟,张进敏.  农业工程学报. 2013(06)
[3]基于模糊自适应纯追踪模型的农业机械路径跟踪方法[J]. 李逃昌,胡静涛,高雷,刘晓光,白晓平.  农业机械学报. 2013(01)
[4]农机车载GPS和DR组合导航系统定位方法![J]. 周建军,王秀,张睿,刘刚,马伟,冯青春.  农业机械学报. 2012(S1)
[5]自适应Kalman滤波的运动物体跟踪算法研究[J]. 张秀杰,张建忠,谭云福.  燕山大学学报. 2012(05)
[6]农用开放式智能移动平台研制[J]. 顾宝兴,姬长英,王海青,田光兆,郑青根,王玲.  农业机械学报. 2012(04)
[7]基于无线测距的农业机器人导航定位方法[J]. 侯忠坤.  农机化研究. 2012(04)
[8]拖拉机作业机组分布式控制系统结构模型[J]. 谢斌,朱忠祥,宋正河,毛恩荣.  农业机械学报. 2011(12)
[9]基于多传感器融合的拖拉机自动导航技术[J]. 李军,马蓉.  农机化研究. 2011(12)
[10]基于MEMS-SINS/GPS的组合导航系统设计[J]. 张杨,景占荣.  计算机测量与控制. 2011(09)

硕士论文
[1]利用单天线GPS确定载体姿态的研究[D]. 刘大军.南京航空航天大学 2002



本文编号：2904477