一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法。该方法采用卫星导航系统对航向物进行粗调和视觉导航系统对航向物进行微调，使航向物沿作物行中心线行走，其中，卫星导航系统对航向的低频大幅度调整，视觉导航系统对航向的高频小幅度调整。本发明专利技术提供的基于卫星导航和视觉导航的组合导航方法可以有效解决GNSS导航存在的精度低、不稳定、延时性及视觉导航在复杂光照环境下定位偏差等问题，提高了导航系统的稳定性，可以实现航向物在室外环境下的精确定位及自主导航，更好地应用于农作物生长过程中的农机精准作业。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法及其应用
本专利技术涉及一种导航方法，特别涉及一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法及其应用，属于导航定位

技术介绍
随着科技的发展，实时导航与定位技术广泛的应用于生产及生活的各个领域(例如：智能交通、精准农业、机械控制等)。现有技术中的定位技术包括传统的全球卫星导航系统GNSS和视觉定位，一方面，全球卫星导航系统GNSS在环境影响较小的条件下可满足用户的基本定位需求，但是在环境复杂的农业和城市中，各种障碍物阻挡了导航信号，导致导航信号衰减，导航精度下降，同时由于障碍物的存在，GNSS接收机可见卫星数量变化较大，需要不断地重新接收可见卫星的星历，从而影响导航的时效性；另一方面，视觉定位利用可见光采集图像信息，在现有技术中采用摄像机采集，消费级摄像机存在于手机和数码相机中，应用方便快捷，具有较高的导航系统性价，但是，受环境(如光照)及车辆状态的不确定性影响，无法实时采集清晰的图像信息。因此，需要提供一种新的导航系统以满足现有导航系统所要求的精度和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法及其应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法，采用卫星导航系统对航向物进行粗调和视觉导航系统对航向物进行微调，使航向物沿作物行中心线行走，其中，卫星导航系统利用差分技术来获得航向物的位置信息和姿态信息，然后参照先前设定的导航线得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的低频大幅度调整；视觉导航系统通过对作物识别、定位、拟合直线获得导航线，同时根据摄像机固定安装在航向物的相对位置获得位置信息和姿态信息，从而得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的高频小幅度调整。进一步的，所述卫星导航系统包括GPS系统、GLONASS系统或GALILEO系统中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步的，所述视觉导航系统包括单目视觉导航系统和双目视觉导航系统中的任意一种或两种的组合，但不限于此。在一些具体实施方案中，所述基于卫星导航和视觉导航的导航方法包括以下步骤：令航向物中心点与卫星导航线的距离，即卫星导航横向偏差为d1，航向物中心线与卫星导航线的夹角，即卫星导航航向偏差为θ1；令航向物中心点与视觉导航线的距离，即视觉导航线横向偏差为d2，航向物中心线与视觉导航线的夹角，即视觉导航航向偏差为θ2；令dc为卫星导航横向偏差预设粗调限定，θc为卫星导航航向偏差预设粗调限定；令d0为视觉导航横向偏差相对卫星导航横向偏差预设误差限定，θ0为视觉导航航向偏差相对卫星导航航向偏差预设误差限定；令E1＝f1(d1,θ1)，式中E1为卫星导航信息处理后的车辆转向调整信息；令E2＝f2(d2,θ2)，式中E2为视觉导航信息处理后的车辆转向调整信息，具体操作步骤如下：S110、检测卫星导航信息是否更新，即卫星导航系统是否最新获得航向物相对于卫星导航线的横向偏差和航向偏差，若卫星导航信息更新则执行S120，否则执行S210；S120、当|d1|＞dc或|θ1|＞θc，即卫星导航信息在粗调范围内，则执行S130，否则执行S210；S210、检测视觉导航信息是否更新，即视觉导航系统是否获得对最新航向物相对于视觉导航线横向偏差和航向偏差，若视觉导航信息更新则执行S220，否则执行S110；S220、当|d2-d1|＜d0或|θ2-θ1|＜θ0时，即视觉导航信息在误差范围内，则执行S230，否则执行S110；S130、根据E1＝f1(d1,θ1)获得航向物基于卫星导航信息的转向调整信息；S140、根据转向调整信息E1对卫星导航信息(d1,θ1)进行修正；S230、根据E2＝f2(d2,θ2)获得航向物基于视觉导航信息的转向调整信息；S310、基于卫星导航信息的低频大增益航向物转向调整和基于视觉导航信息的高频小增益航向物转向调整，从而实现航向物自主行走。进一步的，E1＝f1(d1,θ1)式中E1与(d1,θ1)正相关。进一步的，E2＝f2(d2,θ2)式中E2与(d2,θ2)正相关。专利技术实施例还提供一种车辆，其采用上述的基于卫星导航和视觉导航的导航方法实现自动导航。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：本专利技术提供的基于卫星导航和视觉导航的导航方法可对航向体进行全局导航，当检测航向物(如车辆)出现较大偏差时，对航向体进行粗调，确保航向体车辆始终沿着导航线的方向行走，使航向物不至于偏差过大，同时视觉导航系统对航向体进行局部导航微调，确保航向物精确地沿着作物行中心线行走，实现在一定范围内的自适应导航；该导航方法可以有效解决GNSS导航存在的精度低、不稳定、延时性及视觉导航在复杂光照环境下定位偏差的问题，提高了导航系统的稳定性；可以实现航向物在室外环境下的精确定位及自主导航，更好地应用于农作物生长过程中的农机精准作业。附图说明图1是本专利技术实施例1中基于卫星导航和视觉导航的导航方法的卫星导航和视觉导航组合导航的结构图。图2是本专利技术实施例1中基于卫星导航和视觉导航的导航方法的卫星导航偏差信息和视觉导航偏差信息示意图。图3是本专利技术实施例1中基于卫星导航和视觉导航的导航方法的流程图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例提供一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法，采用卫星导航系统对航向物进行粗调和视觉导航系统对航向物进行微调，使航向物沿作物行中心线行走，其中，卫星导航系统利用差分技术来获得航向物的位置信息和姿态信息，然后参照先前设定的导航线得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的低频大幅度调整；视觉导航系统通过对作物识别、定位、拟合直线获得导航线，同时根据摄像机固定安装在航向物的相对位置获得位置信息和姿态信息，从而得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的高频小幅度调整。进一步的，所述卫星导航系统包括GPS系统、GLONASS系统或GALILEO系统中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步的，所述视觉导航系统包括单目视觉导航系统和双目视觉导航系统中的任意一种或两种的组合，但不限于此。进一步的，所述卫星导航系统主要包括双天线、基准站和控制器。进一步的，视觉导航系统主要括摄像机和图像处理器。在一些具体实施方案中，所述基于卫星导航和视觉导航的导航方法包括以下步骤：令航向物中心点与卫星导航线的距离，即卫星导航横向偏差为d1，航向物中心点与卫星导航线的夹角，即卫星导航航向偏差为θ1；令航向物中心点与视觉导航线的距离，即视觉导航线横向偏差为d2，航向物中心点与视觉导航线的夹角，即视觉导航航向偏差为θ2；令dc为卫星导航横向偏差预设粗调限定，θc为卫星导航航向偏差预设粗调限定；令d0为视觉导航横向偏差相对卫星导航横向偏差预设误差限定，θ0为视觉导航航向偏差相对卫星导航航向偏差预设误差限定；令E1＝f1(d1,θ1)，式中E1为卫星导航信息处理后的车辆转向调整信息；令E2＝f2(d2,θ2)，式中E2为视觉导航信息处理后的车辆转向调整信息，具体操作步骤如下：S110、检测卫星导航信息是否更新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法，其特征在于采用卫星导航系统对航向物进行粗调和视觉导航系统对航向物进行微调，使航向物沿作物行中心线行走，其中，卫星导航系统利用差分技术来获得航向物的位置信息和姿态信息，然后参照先前设定的导航线得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的低频大幅度调整；视觉导航系统通过对作物识别、定位、拟合直线获得导航线，同时根据摄像机固定安装在航向物的相对位置获得位置信息和姿态信息，从而得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的高频小幅度调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星导航和视觉导航的导航方法，其特征在于采用卫星导航系统对航向物进行粗调和视觉导航系统对航向物进行微调，使航向物沿作物行中心线行走，其中，卫星导航系统利用差分技术来获得航向物的位置信息和姿态信息，然后参照先前设定的导航线得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的低频大幅度调整；视觉导航系统通过对作物识别、定位、拟合直线获得导航线，同时根据摄像机固定安装在航向物的相对位置获得位置信息和姿态信息，从而得到导航横向偏差和航向偏差信息，实现对航向的高频小幅度调整。2.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于：所述卫星导航系统包括GPS系统、GLONASS系统或GALILEO系统中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于：所述视觉导航系统包括单目视觉导航系统和双目视觉导航系统中的任意一种或两种的组合。4.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于：令航向物中心点与卫星导航线的距离，即卫星导航横向偏差为d1，航向物中心线与卫星导航线的夹角，即卫星导航航向偏差为θ1；令航向物中心点与视觉导航线的距离，即视觉导航线横向偏差为d2，航向物中心线与视觉导航线的夹角，即视觉导航航向偏差为θ2；令dc为卫星导航横向偏差预设粗调限定，θc为卫星导航航向偏差预设粗调限定；令d0为视觉导航横向偏差相对卫星导航横向偏差预设误差限定，θ0为视觉导航航向偏差相对卫星导航航向偏差预设误差限定；令E1＝f1(d1,θ1)，式中E1为卫星导航信息处...

【专利技术属性】
技术研发人员：马锃宏，王蓬勃，耿长兴，叶新华，牛明强，李伟，
申请(专利权)人：苏州博田自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32