【摘要】：全世界人口增長劇烈,隨之對食物和農(nóng)產(chǎn)品的需求成倍增加。農(nóng)用機械自動化、無人化是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢,是解決需求壓力的必然辦法。定位導(dǎo)航是實現(xiàn)農(nóng)用機械自動化、無人化的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前無人化小微型農(nóng)用機械迫切需要精度高、穩(wěn)定可靠的低成本定位導(dǎo)航系統(tǒng),而實現(xiàn)這樣的系統(tǒng)仍然是個待解決的難題。為了解決上述問題,本文對低成本定位導(dǎo)航系統(tǒng)進行了深入研究,研究內(nèi)容主要包括低成本硬件平臺設(shè)計與搭建,基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的組合定位導(dǎo)航算法,基于航向算法改進的組合定位導(dǎo)航算法。主要工作完成如下:首先設(shè)計與搭建了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件平臺。根據(jù)互補原理,在分析了多種傳感器優(yōu)缺點后,選用了慣性導(dǎo)航模塊與衛(wèi)星導(dǎo)航模塊;從本文的初衷出發(fā),選用了價格低廉的慣性導(dǎo)航模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊及相應(yīng)的計算模塊;組裝各個模塊,搭建完成了系統(tǒng)的硬件平臺。然后分析和設(shè)計了組合導(dǎo)航算法。根據(jù)卡爾曼濾波器原理,設(shè)計了系統(tǒng)模型、測量模型及各個協(xié)方差矩陣;具體包括設(shè)計GNSS與INS錯誤模型,建立動態(tài)系數(shù)矩陣、過程噪聲矩陣以及測量矩陣。接著提出了航向算法并改進了組合導(dǎo)航算法。根據(jù)載體運動特點,提出了直線算法、關(guān)聯(lián)算法;聯(lián)合這兩種算法構(gòu)建了新的航向算法,仿真結(jié)果表明該算法效果良好;將航向算法輸出值作為新的觀測量融入到組合算法;增加了新的狀態(tài)向量,設(shè)計了對應(yīng)的系統(tǒng)方程、測量方程及協(xié)方差矩;更新和擴展了動態(tài)系數(shù)矩陣、過程噪聲矩陣以及測量矩陣,設(shè)計完成了基于航向算法改進的組合定位導(dǎo)航算法。最后設(shè)計與實施了仿真實驗與車載實驗。借助開源仿真平臺進行了仿真實驗;設(shè)計并執(zhí)行了場地車載實驗。實驗結(jié)果表明定位精度達到厘米級,姿態(tài)精度小于1度,至少95%的估計值處于3個標準差之內(nèi);尤其是改進后的組合導(dǎo)航算法,比原來的組合算法航向精度至少提高了數(shù)倍,證明了本文設(shè)計的低成本組合導(dǎo)航系統(tǒng)效果良好,具有導(dǎo)航參數(shù)豐富、精度高及穩(wěn)定性好等優(yōu)點,適用于無人化小微型農(nóng)用機械。
【圖文】：

我們設(shè)計了整個定位導(dǎo)航系統(tǒng)的框架，如圖 2.1 所示�；景� GNSS 模塊組成，移動站的傳感器由 GNSS 和慣性導(dǎo)航（簡稱慣導(dǎo)）組成。動站通過無線傳輸系統(tǒng)通訊。圖 2.1 定位導(dǎo)航系統(tǒng)硬件框架圖②移動站設(shè)計移動站部分的傳感器系統(tǒng)包含了 GNSS 模塊與慣性導(dǎo)航模塊。本系統(tǒng)給 GN有相應(yīng)的衛(wèi)星信號接收天線。此外還有承載定位導(dǎo)航系統(tǒng)解算軟件模塊略模塊，提供通訊能力的通訊模塊與相應(yīng)的天線，電源模塊以及為組合系護的外殼，如圖 2.2 所示。GNSSGNSS+慣導(dǎo)基站 移動站無線鏈路

如圖 2.3 所示。圖 2.3 定位導(dǎo)航系統(tǒng)基站設(shè)計框圖2.3.2 模塊選�、貵NSS 模塊及天線GNSS 模塊選用 ublox 公司生產(chǎn)的 M8T 模塊。該模塊如圖 2.4 所示。該模塊能夠接收多種衛(wèi)星系統(tǒng)的信號，具有同時解算多種衛(wèi)星信息的能力。它能夠支持北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，支持 GPS（美國的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)）衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，支持格洛納斯衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，也支持伽利略衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。此外它還可以接收一些區(qū)域性衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的信號。比如它可以接收日本的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。它能接收的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射出的其中一種衛(wèi)星信息頻段。比如，對于北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)來說，它可以接收北斗衛(wèi)星 B1 頻段信號；對于美國的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)來說，，它可以接收 L1 C/A 信號。這些信號頻段都是針對民用設(shè)計的頻段。目前使用這些民用頻段也都能到達到很好定位效果，這得益于現(xiàn)在各個國家對衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的重視與支持。圖 2.4 衛(wèi)星定位模塊展示
【學(xué)位授予單位】：重慶師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN96;S220

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本文編號：2682716