农业机械导航中GPS定位误差分析与建模.pdf

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1、２０１０年４月农业机械学报第４１卷第４期ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１０．０４．０３８农业机械导航中的ＧＰＳ定位误差分析与建模周俊张鹏宋百华（南京农业大学工学院，南京２１００３１）【摘要】为实现高精度的农业机械导航，分析了ＧＰＳ定位误差及其相关性，运用时间序列分析方法建立ＧＰＳ静态和动态定位误差的ＡＲ模型，给出了导航过程中的定位误差处理方法，并在自制的农田智能移动平台上进行了实验。结果表明，处理后的ＧＰＳ定位误差信号的相关性明显下降，接近于白噪声，定位误差均值从０１９５１ｍ下降为－０

2、００２２ｍ。关键词：农业机械全球定位系统导航定位误差ＡＲ模型中图分类号：Ｐ２０７；Ｐ２２８４文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１０）０４０１８９０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆＧＰＳＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＥｒｒｏｒｆｏｒＮａｖｉｇａｔｉｏｎｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙＺｈｏｕＪｕｎＺｈａｎｇＰｅｎｇＳｏｎｇＢａｉｈｕａ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａ

3、ｃｔＴｈｅＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｅｒｒｏｒｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓＡＲｍｏｄｅｌｂｙｕｓｉｎｇｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｍｅｔｈｏｄｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒｉｎｎａｖｉｇａｔｉｏｎｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈｓｅｌｆｍａｄｅａｇｒｉ

4、ｃｕｌｔｕｒａｌｒｏｂｏｔ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆＧＰＳ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｉｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｓｉｍｉｌａｒｔｏｗｈｉｔｅｎｏｉｓｅ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏ－０００２２ｍｆｒｏｍ０１９５１ｍ．Ｓｏｉｔｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏａｃｈｉｅｖ

5、ｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｎａｖｉｇａｔｉｏｎｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｍａｃｈｉｎｅｒｙ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ＧＰＳ，Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒ，ＡＲｍｏｄｅｌ程开展研究，对在导航过程中如何分析误差更是少引言见。本文采用时间序列分析方法，针对在静态和动在农业机械导航领域，ＧＰＳ定位信息被较多采态下实际测量的数据，给出ＧＰＳ静态和动态误差用。为了能有效地利用此信息，常常还需要明确ＡＲ模型。在此基础上，对农业机械导航过程中的ＧＰＳ定位精度和误差模型，如Ｄ

6、Ｒ／ＧＰＳ组合导航中ＧＰＳ定位误差进行分析处理，消除ＧＰＳ定位误差信需要给出ＧＰＳ误差模型，以便更好地进行Ｋａｌｍａｎ号内在的相关性，提高ＧＰＳ定位精度。滤波等运算。因此建立正确的ＧＰＳ误差模型，尤其１ＧＰＳ数据采集及误差分离是导航动态环境下的ＧＰＳ误差模型在实际应用中有重要的意义。采用Ｔｒｉｍｂｌｅ公司的ＡｇＧＰＳ１３２型接收机，工作分析ＧＰＳ定位误差，改善其定位精度，已进行频率为１Ｈｚ，通过串口从接收机中读出经纬度信息，［１～６］很多研究，都不同程度改善了ＧＰＳ的定位精然后经高斯克吕格投影转换为平面直角坐标系下度。但大

7、多是针对静态定位，很少针对动态定位过的坐标值。收稿日期：２００９０５２５修回日期：２００９０６１６国家“８６３”高技术研究发展计划资助项目（２００６ＡＡ１０Ｚ２５９）和中国农业大学南京农业大学青年教师开放基金资助项目（ＮＣ２００８００８）作者简介：周俊，副教授，主要从事农业机器人、机器视觉与模式识别研究，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｕｊｕｎ＠ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１９０农业机械学报２０１０年单点静态定位时，连续采集ＧＰＳ接收机的数当Ｑ值与０５接近，则认为阶次适当。实验过程中据，转换为平面直角坐标系下的位置数据（ｘ，ｙ），求得到

8、的实际拟合因子Ｑ为０４７７８。其均值作为天线的基准位置（ｘ，ｙ），然后将连续采通过上面的多项式拟合后，将拟合值作为运动００集的位置数据（ｘ，ｙ）与基准位置数据进行比较，即轨迹的真值估计，与在此运动轨迹上连续采集的位可得到ＧＰＳ定位误差（Δｘ，Δｙ）。图１ａ是ＧＰＳ单点置数据进行比较，即可获得ＧＰＳ动态