基于多传感器融合的拖拉机自动导航技术

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1、2011年12月农机化研究第12期基于多传感器融合的拖拉机自动导航技术李军，马蓉(石河子大学机电学院，新疆石河子832000)摘要：GPS是农业自动导航车辆获取导航信息的一种主要方式，其任务是获取拖拉机的绝对位置信息，而多传感器融合可以在GPS提供的绝对位置信号丢失时为拖拉机提供位置、姿态和航向信息，进行准确的定位。为此，介绍了GPS以及多传感器融合在拖拉机自动导航中的应用现状，指出GPS及多传感器在自动导航方面的优势和存在的问题，分析了GPS和多传感器融合的导航方式在未来精细农业领域的巨大作用。关键词：GPS；多传感器；惯性导航；拖拉机；自

2、动导航；精细农业中图分类号：TP212．9；s126文献标识码：A文章编号：1003—188X(2011)12—0237—04的主流。但是GPS导航系统最大的弱点是其定位精0引言度受到外部环境影响比较大，当出现卫星信号因遮挡由于播种机械呈现出作业速度越来越快、作业幅而丢失的情况时，其定位误差将增大，甚至可能出现宽越来越宽、作业质量要求越来越高的发展趋势，使不能定位的现象。得作为主要动力源的拖拉机日益向着大型化的方向机器视觉作为人工智能的核心之一，其在自动导发展。而在高速宽幅作业机械行进过程中，要求驾驶航中发挥重要作用。机器视觉适应能力强，探测

3、范围员在操纵拖拉机精确沿预定路线走的同时目测田宽，信号丰富完整，有利于实现精确自动导航。但是间作业情况。对于播种作业来说，田块面积越大，漏机器视觉也会因为某些原因而造成信号的丢失，如植行和叠行作业现象将愈严重。因此，人们迫切要求能株的缺失和大面积杂草的发生，路标导航系统就可能够最大限度地提高这些拖拉机的工作效率，降低人工会失效。操作难度，并提高作业精度。拖拉机自动导航及其相惯性导航系统属于一种推算导航方式，可连续测关技术能减轻驾驶员的劳动强度，使驾驶员在作业过出运动体的当前位置。惯性导航系统由于它是不依程中可以用更多的时间注意观察农具的工作状

4、况，有赖于任何外部信息也不向外部辐射能量的自主式系利于提高田间作业质量，保证播种作业时衔接行距的统，故隐蔽性好且不受外界电磁干扰的影响，可全天精度，避免作业过程中产生衔接行的“重漏”，使农作侯全球、全时间地工作于空中地球表面乃至水下。它物的种植农艺特性优化，并降低由此产生的燃油消能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航耗，减少农作物生产投入成本，还可实现夜间播种作信息连续性好，而且噪声低，数据更新率高、短期精度业，延长作业时间，提高机车的出勤率与时间利用率，和稳定性好。但是导航信息经过积分而产生，定位误为抢农时创造条件。此外，拖拉机自

5、动导航还是实现差随时间而增大，长期精度差，在每次使用之前需要变量作业的基础，可促进精准农业的深入发展。较长的初始对准时间，设备的价格较昂贵，还不能给出时间信息。1单一导航技术用于拖拉机导航的局限性因此，GPS作为一种绝对位置传感器广泛应用于GPS系统能够提供车辆的三维空间位置信息，在车辆自主导航系统，能够为车辆提供高精度的绝对位引入差分GPS的情况下，可以方便、准确、全面和直观置信息，而又因为其本身存在局限性，所以将其与机地对每一辆受控车辆在道路内的运行进行监控，并能器视觉、惯性导航或者其他导航方式等相结合，形成够实时地做出合理的调度决策，是

6、车辆导航定位技术了基于GPS的多传感器融合导航方式。多传感器融收稿日期：2011—03—02合所提供的局部不完整观测量进行信息融合，从而消基金项目：科技支疆项目(2010ZJ14)除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，充分利作者简介：李军(1985一)，男，乌鲁木齐人，硕士生，(E—mail)xjlijun2010@sina．com。用各传感器数据的互补性，确定符合实际的测量值，通讯作者：马蓉(1974一)，女，新疆石河子人，副教授，硕士生导师，(E—mail)125778122@qq．corn。形成对系统环境相对一致的感知描述，从而提高系

7、统2011年12月农机化研究第12期决策的正确性。机自动驾驶控制系统的核心，根据传感器检测到的外部环境信息和自身姿态信息控制拖拉机按照规划路2几种典型型式径行驶和作业。通讯系统是拖拉机自动驾驶的神经将GPS和陀螺仪等传感器复合起来实现拖拉机系统，实现上位机和下位机以及下位机之间的通讯。的自主导航。该系统以GPS的位置信息作为观测值，自动执行系统是把自动驾驶控制指令转换成机械运对陀螺仪自身的偏移进行估计，从而提高了拖拉机的动的执行机构，相当于驾驶员的手和脚。位置精度和方向精度。4．1定位导航系统GPS和DR(航位推算)进行组合，利用其功能互全球

8、定位系统(GlobalPositioningSystem)GPS信补的特点，以适当的算法将两者融合，可以提高系统号接收机对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处的整