一种基于GNSS的农机自动导航控制系统技术方案

一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，使用上海司南卫星导航技术有限公司的三星八频CNSS接收机，可以接收CPS，CLONASS和北斗卫星，优化以前接收机收星少、精准度不高及易受障碍物干扰等缺点。该控制系统采用带传感器的特制方向盘，有效解决了以前自动导航系统在遇到突发情况时，切回人工驾驶模式有延迟的问题。采用带定位误差校正的粒子无迹卡尔曼滤波方法，削弱了因田地复杂环境引起的CNSS跳变误差，使导航定位更加准确。

An automatic navigation and control system of agricultural machinery based on GNSS

An agricultural automatic navigation control system based on GNSS, Samsung eight frequency CNSS receiver using Shanghai Sinan Satellite Navigation Technology Co., can receive CPS, CLONASS and Beidou satellite receiver, optimize the previous star little, accuracy is not high and vulnerable to obstacles etc.. The control system adopts the special steering wheel with sensors, which effectively solves the problem that the previous automatic navigation system has the problem of delaying the manual driving mode when encountering unexpected situations. The particle unscented Calman filter with location error correction is used to weaken the CNSS jump error caused by the complex environment and make the navigation and location more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS的农机自动导航控制系统所属
本专利技术涉及一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
在国外，农机自动导航控制系统研究较早，如QiuH和ZhangQ设计了由液压泵、比例换向阀及转向控制器等组成的拖拉机电液操控系统；美国天宝公司的Autopilot用CPS和CLONASS双卫星定位，控制农机的转向液压系统，驱使农机自动行驶；日本拓普康公司的System350使用CPS，CLONASS和Calile。多星一体化接收机并带惯导传感器。在国内，谢斌等基于IS011783提出了一种CAN总线和CPS的分布式控制系统；何卿等采用带非线性补偿的PID控制器设计了双层控制器接触式导航控制系统；白晓鸽等设计了一种基于神经网络的拖拉机自动导航系统；纪朝凤等开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统；胡炼等设计了一种基于CAN总线的分布式控制系统；张智刚等在久保田插秧机上开发了基于DCPS和电子罗盘的导航控制系统。但目前国内外所有的自动导航控制系统均不支持北斗导航卫星系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，使用上海司南卫星导航技术有限公司的三星八频CNSS接收机，可以接收CPS，CLONASS和北斗卫星，优化以前接收机收星少、精准度不高及易受障碍物干扰等缺点。本专利技术所采用的技术方案是。所述控制系统采用三星定位，即接收机能接收到CPS，BDS和CLONASS的卫星信号，保证在每一接收点至少可接收到9~12颗卫星的信号，通过复杂的运算得到高精度的位置坐标。基准站指用作固定参考站的仪器，作业时基准站将已知的精密坐标和接收到的卫星信息直接或经过处理后实时发送给流动站接收机，即农机顶部的接收机，流动站接收机在进行CNSS观测的同时，也接收到基准站的信息，通过对结果进行改正来提高定位精度。所述接收机的OEM主板采用上海司南卫星导航技术有限公司的支持BDS(北斗导航卫星)，CPS和CLONASS的三星八频低功耗K508CNSSOEM主板，该主板采用北斗三频、CPS三频及CLONASS双频进行联合定位，具有超远距离、超快速的高动态RTK解算引擎，且可获得分米级定位精度，作业距离可达300km，可直接输出RTK平面坐标、高精简报文。所述控制系统的工控机采用速率达720MHz的AM3359处理器、运行全面的LinuxAngstrom操作系统和接口丰富的BeagleBone作为工控机，保证了稳定性和处理大量数据的速度。工控机通过RS232串口接收CLASS接收机和电台的实时信息，通过CAN总线和下位机保持通信，通过RS232串口和LCD触摸屏连接。工控机根据卫星定位的坐标和车轮的转动情况，用双通道PD算法通过判断偏差信号的正负得出转动方向，实时向液压控制阀发送指令，通过控制液压系统油量的流量和流向，控制农机的行驶，确保农机自动导航。所述控制系统的转向控制采用模糊自适应PID控制方法，首先计算实际航向与目标航向的偏差，然后减去实际的前轮转角，将其作为转向控制ECU的输入，转向控制ECU输出车轮的目标转角。该目标转角和实际转角作为电控比例液压阀的输入，电控比例液压阀控制油缸执行动作，消除转角偏差，从而达到自动导航的目的。本专利技术的有益效果是：该控制系统采用带传感器的特制方向盘，有效解决了以前自动导航系统在遇到突发情况时，切回人工驾驶模式有延迟的问题。采用带定位误差校正的粒子无迹卡尔曼滤波方法，削弱了因田地复杂环境引起的CNSS跳变误差，使导航定位更加准确。附图说明图1是本专利技术的农机自动导航控制系统结构框图。图2是本专利技术的工控机组成框图。图3是本专利技术的转向控制框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，全球导航卫星系统(CLASS)基准站调制并发射无线电信号，安装在农机顶部的CLASS接收机接收CPS,BDS和CLONASS卫星信号，驾驶室壁上的电台解调无线电信号，工控机处理接收机和电台接收的信号并发送转向控制信号给转向执行机构，该工控机固定于座位底部，使用触摸屏设置农机参数和行进路线，在农机原油路系统的基础上改造并增加电控比例液压阀，在左前轮轴上安装角度传感器，实时采集前轮动向回馈给工控机。控制系统采用三星定位，即接收机能接收到CPS，BDS和CLONASS的卫星信号，保证在每一接收点至少可接收到9~12颗卫星的信号，通过复杂的运算得到高精度的位置坐标。基准站指用作固定参考站的仪器，作业时基准站将已知的精密坐标和接收到的卫星信息直接或经过处理后实时发送给流动站接收机，即农机顶部的接收机，流动站接收机在进行CNSS观测的同时，也接收到基准站的信息，通过对结果进行改正来提高定位精度。接收机的OEM主板采用上海司南卫星导航技术有限公司的支持BDS(北斗导航卫星)，CPS和CLONASS的三星八频低功耗K508CNSSOEM主板，该主板采用北斗三频、CPS三频及CLONASS双频进行联合定位，具有超远距离、超快速的高动态RTK解算引擎，且可获得分米级定位精度，作业距离可达300km，可直接输出RTK平面坐标、高精简报文。如图2，工控机采用速率达720MHz的AM3359处理器、运行全面的LinuxAngstrom操作系统和接口丰富的BeagleBone作为工控机，保证了稳定性和处理大量数据的速度。工控机通过RS232串口接收CLASS接收机和电台的实时信息，通过CAN总线和下位机保持通信，通过RS232串口和LCD触摸屏连接。工控机根据卫星定位的坐标和车轮的转动情况，用双通道PD算法通过判断偏差信号的正负得出转动方向，实时向液压控制阀发送指令，通过控制液压系统油量的流量和流向，控制农机的行驶，确保农机自动导航。如图3，转向控制采用模糊自适应PID控制方法，首先计算实际航向与目标航向的偏差，然后减去实际的前轮转角，将其作为转向控制ECU的输入，转向控制ECU输出车轮的目标转角。该目标转角和实际转角作为电控比例液压阀的输入，电控比例液压阀控制油缸执行动作，消除转角偏差，从而达到自动导航的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，其特征是：所述控制系统使用上海司南卫星导航技术有限公司的三星八频CNSS接收机，可以接收CPS，CLONASS和北斗卫星，优化以前接收机收星少、精准度不高及易受障碍物干扰等缺点。

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，其特征是：所述控制系统使用上海司南卫星导航技术有限公司的三星八频CNSS接收机，可以接收CPS，CLONASS和北斗卫星，优化以前接收机收星少、精准度不高及易受障碍物干扰等缺点。2.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，其特征是：所述控制系统采用带传感器的特制方向盘，有效解决了以前自动导航系统在遇到突发情况时，切回人工驾驶模式有延迟的问题。3.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，其特征是：所述控制系统采用带定位误差校正的粒子无迹卡尔曼滤波方法，削弱了因田地复杂环境引起的CNSS跳变误差，使导航定位更加准确。4.根据权利要求1所述的一种基于GNSS的农机自动导航控制系统，其特征是：所述控制系统采用三星定位，即接收机能接收到CPS，BDS和CLONASS的卫星信号，保证在每一接收点至少可接收到9~12颗卫星的信号，通过复杂的运算得到高精度的位置坐标。5.根据权利要求1所述的一种基于GNSS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺霖，
申请(专利权)人：王艺霖，
类型：发明
国别省市：辽宁,21