【摘要】：中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)作業(yè)到機械作業(yè)的轉(zhuǎn)化。目前雖然農(nóng)機自動化程度仍然不高,但是未來自動駕駛的時代一定會來臨。要實現(xiàn)農(nóng)機自動駕駛首先要解決的就是定位導航問題,農(nóng)業(yè)機械的定位導航與城市車輛的定位導航是有區(qū)別的。城市環(huán)境導航定位的優(yōu)勢是有精確的道路地圖匹配,能夠?qū)Χㄎ唤Y(jié)果進行修正;農(nóng)田環(huán)境則一般無法進行地圖匹配修正。未來的農(nóng)機自動駕駛必然是伴隨著精準農(nóng)業(yè)共同建立的,精準農(nóng)業(yè)中通常利用無線傳感器網(wǎng)絡來實時收集農(nóng)田及作物信息,無線傳感器網(wǎng)絡同時也為農(nóng)機的精確定位導航提供了另一種可能。對于農(nóng)機定位問題,采用RTK-GPS技術(shù)是目前已有解決方案中采用最普遍的。這種技術(shù)是觀測的衛(wèi)星載波相位,定位精度極高,但需設立基站以及售價很高使得其難以大力推廣。為此,本文對精準農(nóng)業(yè)中的車載定位系統(tǒng)進行研究,設計實現(xiàn)了成本較低、精度較高的GPS/INS/WSN組合定位系統(tǒng)。首先,研究了常用的無線傳感器網(wǎng)絡定位技術(shù),包括基于測距的定位方法和無需測距的定位方法,分析了各自的優(yōu)缺點后,考慮到在本文的應用場景下對算法的復雜度、定位精度以及硬件設備的要求,選擇了基于RSSI的測距方法為本文的組合定位系統(tǒng)進行融合。其次,研究了農(nóng)田環(huán)境下無線信號的傳播損耗模型,根據(jù)在類似農(nóng)田環(huán)境下的實測RSSI值擬合出無線信號的傳播路徑損耗參數(shù)。針對接收到的RSSI值波動問題,本文采用高斯濾波方法進行濾波處理,然后利用擬合出的路徑損耗參數(shù)進行無線傳感器網(wǎng)絡定位測試,測試結(jié)果表明無線傳感器網(wǎng)絡具有較好的定位性能。然后,利用matlab軟件對GPS/INS/WSN組合導航性能進行仿真,作為對比,分別對GPS/INS組合導航系統(tǒng)、WSN/INS組合導航系統(tǒng)以及GPS/INS/WSN組合導航系統(tǒng)進行仿真。GPS/INS/WSN組合導航系統(tǒng)以INS為參考系統(tǒng),建立聯(lián)邦卡爾曼濾波進行融合。仿真結(jié)果表明,GPS/INS/WSN組合導航系統(tǒng)比單一的GPS/INS以及WSN/INS組合導航系統(tǒng)性能更好。最后,基于GPS/INS/WSN組合定位系統(tǒng)的需求分析,設計實現(xiàn)了一套GPS/INS/WSN車載定位系統(tǒng),包括系統(tǒng)的硬件設計、ARM程序設計以及ZigBee模塊的軟件開發(fā),用C++設計實現(xiàn)了上位機程序來對車載定位系統(tǒng)進行監(jiān)控。系統(tǒng)的測試結(jié)果表明,本文設計的組合定位系統(tǒng)能夠提高農(nóng)機定位精度,滿足農(nóng)機精確定位需求。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S22;TP212.9;TN929.5
【圖文】：

位技術(shù)介紹 GPS 定位系統(tǒng)的原理以及誤差來源。位原理球定位系統(tǒng)）由美國軍方發(fā)起，旨在為美國軍隊提供全天58 年啟動，經(jīng)過 6 年的研究正式投入使用。后來又經(jīng)過不斷全部 24 顆 GPS 導航衛(wèi)星的發(fā)送部署，全球覆蓋率也達到系統(tǒng)的基本原理是同時測量多顆導航衛(wèi)星到用戶接收機之位置信息以及多顆衛(wèi)星到接收機的距離就可以算出接收機如圖 2-1 所示。衛(wèi)星的實時位置是可以在衛(wèi)星星歷中查到用速度乘以時間得到的，信號傳播速度為光速，時間為測的時間同步，因此需要額外的一顆衛(wèi)星，也就是說 GPS 定夠同時接收到至少 4 顆衛(wèi)星。

西南交通大學碩士研究生學位論文第 10頁的協(xié)議棧 Z-Stack，Z-Stack 完整實現(xiàn)了 ZigBee 協(xié)議，符合 ZigBee 規(guī)范。ZigBee 協(xié)議是由層構(gòu)成的，各個層都有不同職責，每一層為其上層提供特定的服務，這些服務接入點由接口完成，服務接入點又是通過服務原語來完成的。ZigBee 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示：

圖 2-3 網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)星狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)最簡單，由一個協(xié)調(diào)器和多個終端設備組成，通訊網(wǎng)絡只存在協(xié)調(diào)器與終端設備之間。樹狀網(wǎng)絡由一個協(xié)調(diào)器加上多個星狀結(jié)構(gòu)組合而成，各個設備只能同自己的父節(jié)點或子節(jié)點進行通信，與其他節(jié)點進行通信需要在樹狀路由上進行消息轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡是在樹狀網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展而來，不同于樹狀網(wǎng)絡，網(wǎng)狀網(wǎng)絡中所有具有路由功能的節(jié)點都直接進行互連。該結(jié)構(gòu)消息傳輸速率高、可靠性強，但存儲空間開銷較大。2.4 無線傳感器網(wǎng)絡定位技術(shù)根據(jù)定位形式可以將無線傳感器網(wǎng)絡定位技術(shù)分為兩種：基于測距的定位方法和無需測距的定位方法[29]�；跍y距的定位方法是通過測量盲節(jié)點到錨節(jié)點之間的距離或者角度來對盲節(jié)點進行定位；而無需測距的定位方法則是直接根據(jù)網(wǎng)絡連通性來計算盲節(jié)點的位置。

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本文編號：2786873