精准农业中车载定位系统的研究与设计

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1、国内图书分类号：TN92密级：公开国际图书分类号：621.39西南交通大学研究生学位论文精准农业中车载定位系统的研究与设计年级2015姓名陈枭华申请学位级别硕士专业信息与通信工程指导老师邓平二零一八年六月ClassifiedIndex:TN92U.D.C:621.39SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHANDDESIGNOFVEHICLEPOSITIONINGSYSTEMINPRECISIONAGRICULTUREGrade:201

2、5Candidate:ChenXiaohuaAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:InformationandcommunicationengineeringSupervisor:Prof.DengPingJune,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要中国农业的发展经历了传统作业到机械作业的转化。目前虽然农机自动化程度仍然不高，但是未来自动驾驶的时代一定会来临。要实现农机自动驾驶首先要解决的就是定位导航问题，农业机械的定位导航与城市

3、车辆的定位导航是有区别的。城市环境导航定位的优势是有精确的道路地图匹配，能够对定位结果进行修正；农田环境则一般无法进行地图匹配修正。未来的农机自动驾驶必然是伴随着精准农业共同建立的，精准农业中通常利用无线传感器网络来实时收集农田及作物信息，无线传感器网络同时也为农机的精确定位导航提供了另一种可能。对于农机定位问题，采用RTK-GPS技术是目前已有解决方案中采用最普遍的。这种技术是观测的卫星载波相位，定位精度极高，但需设立基站以及售价很高使得其难以大力推广。为此，本文对精准农业中的车载定位系统进行研究，

4、设计实现了成本较低、精度较高的GPS/INS/WSN组合定位系统。首先，研究了常用的无线传感器网络定位技术，包括基于测距的定位方法和无需测距的定位方法，分析了各自的优缺点后，考虑到在本文的应用场景下对算法的复杂度、定位精度以及硬件设备的要求，选择了基于RSSI的测距方法为本文的组合定位系统进行融合。其次，研究了农田环境下无线信号的传播损耗模型，根据在类似农田环境下的实测RSSI值拟合出无线信号的传播路径损耗参数。针对接收到的RSSI值波动问题，本文采用高斯滤波方法进行滤波处理，然后利用拟合出的路径损耗

5、参数进行无线传感器网络定位测试，测试结果表明无线传感器网络具有较好的定位性能。然后，利用matlab软件对GPS/INS/WSN组合导航性能进行仿真，作为对比，分别对GPS/INS组合导航系统、WSN/INS组合导航系统以及GPS/INS/WSN组合导航系统进行仿真。GPS/INS/WSN组合导航系统以INS为参考系统，建立联邦卡尔曼滤波进行融合。仿真结果表明，GPS/INS/WSN组合导航系统比单一的GPS/INS以及WSN/INS组合导航系统性能更好。最后，基于GPS/INS/WSN组合定位系统的

6、需求分析，设计实现了一套GPS/INS/WSN车载定位系统，包括系统的硬件设计、ARM程序设计以及ZigBee模块的软件开发，用C++设计实现了上位机程序来对车载定位系统进行监控。系统的测试结果表明，本文设计的组合定位系统能够提高农机定位精度，满足农机精确定位需求。关键词：精准农业、GPS、INS、WSN、组合定位系统西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractThedevelopmentofChineseagriculturehasgonethroughthetransformationf

7、romtraditionalhomeworktomechanicaloperation.Atpresent,althoughthedegreeofautomationofagriculturalmachineryisstillnothigh,theeraofautomaticdrivinginthefutureisboundtocome.Torealizetheautomaticdrivingofagriculturalmachinery,theproblemofpositioningandnavig

8、ationisthefirsttobesolved.Thepositioningnavigationofagriculturalmachineryisdifferentfromthepositioningandnavigationofurbanvehicles.Theadvantageofurbanenvironmentalnavigationandpositioningisaccurateroadmapmatching,whichcancorrectt