一种多农机协同导航作业下的从机定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多农机协同导航作业下的从机定位方法及系统，分别测量主机中心点、从机中心点和从机选定点三点所成三角的三边距离，利用得到的距离计算从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度，利用从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度、从机航向相对于主机航向的偏差角度以及主机中心点与从机中心点的距离得出从机相对于主机的位置。系统包括主机定位模块、距离测量模块、从机航向测量模块以及计算模块。本发明专利技术在主机与从机之间构建三角关系，并结合从机航向偏差计算从机与主机之间的相对位置，降低多农机协同导航作业下的从机定位难度和成本，提高从机定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种多农机协同导航作业下的从机定位方法及系统
本专利技术属于农业机械自动导航
，特别涉及一种多农机协同导航作业下的从机定位方法及系统。
技术介绍
随着现代农业科技水平的发展，为进一步提高农机作业效率、降低作业成本，农业生产逐渐从传统机械化向智能化、规模化、产业化等方向发展，开始出现了多台同种或异种农机协同作业模式，传统的单机导航技术已不再适用于该模式。因此，多农机协同导航技术是未来农机导航的必然趋势。多农机定位技术是多农机协同导航技术的核心技术之一。根据现有技术，若实现多农机定位，需要在每台农机上安装GNSS高精度定位系统，但该系统价格较高，针对规模化的多农机作业，其成本将大大增加。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种多农机协同导航作业下的从机定位方法及系统，在主机与从机之间构建三角关系，并结合从机航向偏差计算从机与主机之间的相对位置，降低多农机协同导航作业下的从机定位难度和成本，提高从机定位精度。为解决上述技术问题，本专利技术多农机协同导航作业下的从机定位方法所采用的技术方案是：一种多农机协同导航作业下的从机定位方法，包括以下步骤：S1：分别测量主机中心点、从机中心点和从机选定点三点所成三角的三边距离，其中从机中心点与从机选定点的连线与从机机体航向平行；S2：利用得到的距离计算从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度；S3：利用从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度、从机航向相对于主机航向的偏差角度以及主机中心点与从机中心点的距离得出从机相对于主机的位置。在上述技术方案中，构建主机与从机之间的三角位置关系，利用三边距离计算从机中心点与选定点连线相对于从机中心点与主机中心点连线的角度，并结合从机航向相对于主机航向的偏差角度，即可建立从机-主机位置方程，得出从机相对于主机的位置关系以及位置。本方法仅需定位主机位置，无需对其他位置进行定位，从而能够大大简化从机定位的实施以及计算复杂度，降低从机定位难度，能够更加快速的进行从机定位，并且能够大大降低从机定位以及多农机协同导航的技术成本；本方法能够得到从机相对于主机的位置关系以及位置，因而从机定位精度更高，更能直观的反映出从机与主机之间的相对位置关系，也更有利于多农机之间进行协同导航。作为改进，通过测量从机机体的航向角得出从机航向相对于主机航向的偏差角度，实施方便。作为改进，通过超宽频技术进行步骤S1中所述距离的测量，该技术具有抗干扰性强、穿透能力高等特点，有效避免田间障碍物影响，测距精度高。作为改进，在上述的步骤S3中，基于以主机航向为轴构建的坐标系，利用从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度以及从机航向相对于主机航向的偏差角度得到从机中心点与主机中心点连线相对于主机航向的角度，利用该角度的正、余弦值得出从机相对于主机的坐标位置。利用本技术方案可构建从机-主机位置坐标方程，得到从机相对于主机的坐标位置关系以及从机的坐标位置，计算简便，并且由于得到的是从机相对于主机的坐标位置关系和从机的坐标位置，因而从机定位精度更高，更能直观的反映出从机与主机之间的相对位置关系，也更有利于多农机之间进行协同导航。为解决上述技术问题，本专利技术多农机协同导航作业下的从机定位系统所采用的技术方案是：一种多农机协同导航作业下的从机定位系统，包括主机定位模块、距离测量模块、从机航向测量模块以及计算模块，其中：所述主机定位模块用于进行主机定位；所述距离测量模块用于测量主机中心点、从机中心点和从机选定点三点所成三角的三边距离，其中从机中心点与从机选定点的连线与从机机体航向平行；所述从机航向测量模块用于测量从机航向相对于主机航向的偏差角度；所述计算模块用于计算从机位置；上述各模块有线或无线连接。在上述技术方案中，构建主机与从机之间的三角位置关系，利用距离测量模块测量三边距离，计算模块根据距离测量数据计算从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度。结合利用从机航向测量模块得到的从机航向相对于主机航向的偏差角度以及利用主机定位模块得到的主机位置信息，计算模块计算得出从机的位置。本系统仅需定位主机位置，无需对其他从机进行定位，因而只需用到一套GNSS定位装置以及上述的其他模块，使用成本相对于多套GNSS定位装置更低，且本系统中的各模块使用操作简便，从而能够大大简化系统设计以及从机定位实施和计算复杂度，降低从机定位难度，能够更加快速的进行从机定位，并且能够大大降低从机定位以及多农机协同导航的技术成本；本系统能够得到从机相对于主机的位置关系以及位置，因而从机定位精度更高，更能直观的反映出从机与主机之间的相对位置关系，也更有利于多农机之间进行协同导航。作为改进，所述计算模块具有显示单元，能够实时显示主机与从机位置，从而能够直观的看到从机与主机之间的相对位置关系，更有利于多农机之间进行协同导航。作为改进，所述从机航向测量模块为测量从机机体的航向角的传感器，使用方便，测量精度高。综上，本专利技术能够大大简化多农机协同导航中的从机定位的实施以及计算复杂度，降低从机定位难度，能够更加快速的进行从机定位，并且能够大大降低从机定位以及多农机协同导航的技术成本；本专利技术能够得到从机相对于主机的位置关系以及位置，从机定位精度高，更能直观的反映出从机与主机之间的相对位置关系，也更有利于多农机之间进行协同导航。附图说明图1是本专利技术第一种实施方式的主机-从机位置关系几何结构图。图2是本专利技术第二种实施方式的主机-从机位置关系几何结构图。图3是本专利技术第三种实施方式的主机-从机位置关系几何结构图。图4是是专利技术第四种实施方式的主机-从机位置关系几何结构图。图中：1，主机；2，从机。具体实施方式图1示出了本专利技术的第一种实施方式。在多农机协同导航作业下，对于主机1和任一从机2来说，该多农机协同导航作业下的从机定位方法包括以下步骤：S1：分别测量主机1中心点、从机2中心点和从机2选定点三点所成三角的三边距离，其中从机2中心点与从机2选定点的连线与从机2机体航向平行。在本实施方式中，从机2选定点为从机2前端中间位置。在本实施方式中，采用超宽频技术中的SDS-TWR测距方法进行三边距离的测量，以测量主机1中心点与从机2中心点间的距离为例，由主机1中心点发送消息到从机2中心点，传输时间为Ttof，从机2中心点接收到响应信号后，等待Tbreply时间后，反馈给主机1中心点，传输时间也为Ttof，这一过程总时间为T1；为减小时钟漂移影响，主机1中心点在接收到响应信号后，等待Tareply时间后，再次反馈给从机2中心点，传输时间也为Ttof，这一过程总时间为T2；最终测得主机1中心点与从机2中心点间的信号传输时间主机1中心点与从机2中心点间的距离为c·Ttof。在本实施方式中，可以事先采取实验性测量，将利用SDS-TWR测距方法测量的结果与实际采用标尺测得的距离比较，分析误差产生原因，进行参数校正。当SDS-TWR测距方法的测量结果与实测结果的误差达到设定范围后，即可实际用于多农机协同导航中的从机2定位。S2：利用得到的三边距离计算从机2中心点与选定点连线与从机2中心点与主机1中心点连线之间的角度。将从机2前端中间位置与从机2中心点的距离记为L0，从机2前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多农机协同导航作业下的从机定位方法，包括以下步骤：S1：分别测量主机中心点、从机中心点和从机选定点三点所成三角的三边距离，其中从机中心点与从机选定点的连线与从机机体航向平行；S2：利用得到的距离计算从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度；S3：利用从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度、从机航向相对于主机航向的偏差角度以及主机中心点与从机中心点的距离得出从机相对于主机的位置。

【技术特征摘要】
1.一种多农机协同导航作业下的从机定位方法，包括以下步骤：S1：分别测量主机中心点、从机中心点和从机选定点三点所成三角的三边距离，其中从机中心点与从机选定点的连线与从机机体航向平行；S2：利用得到的距离计算从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度；S3：利用从机中心点与选定点连线和从机中心点与主机中心点连线之间的角度、从机航向相对于主机航向的偏差角度以及主机中心点与从机中心点的距离得出从机相对于主机的位置。2.根据权利要求1所述的一种多农机协同导航作业下的从机定位方法，其特征在于：通过测量从机机体的航向角得出从机航向相对于主机航向的偏差角度。3.根据权利要求1所述的一种多农机协同导航作业下的从机定位方法，其特征在于：通过超宽频技术进行步骤S1中所述距离的测量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种多农机协同导航作业下的从机定位方法，其特征在于：在步骤S3中，基于以主机航向为轴构建的坐标系，利用从机中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万枝，吕钊钦，刘正铎，辛青青，鹿瑶，程祥勋，史文婷，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37