一种导航定位数据的校正方法技术

本发明专利技术涉及导航系统，尤其涉及一种导航定位数据的校正方法，目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够对导航定位数据进行准确校正，特别是适用于农田作业的导航定位数据的校准方法。基本发明专利技术构思是通过地图配准为系统提供相对准确的电子地图，再用各个传感器的定位数据点与预定要跟踪的已知航线对比，然后做出综合判断，计算出可信度更高的校正数据点。本发明专利技术提供的导航定位数据的校正方法，由地图配准、传感器数据预处理、校正量决策、新的定位数据点生成四个过程组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导航系统，尤其涉及，其适用范围涵盖在已知环境下引导机械跟踪预定航线实现自主行走的场合。
技术介绍
在精细农业作业中，要实现定位处方农作和农情信息自动采集，需要一种能自主移动的智能作业平台，该平台不仅要能实时识别周边的环境信息，自动进行田间信息采集、变量投入等操作，而且要能按照预先规划好的路径在田间行走，准确到达目的地完成既定作业任务。要实现农用智能移动平台的自主行走，精确导航是关键的技术之一。导航定位的精度直接影响到农用智能移动平台进行航线自动跟踪的质量。因此，提高导航定位的精度，是改善农用智能移动平台航线跟踪质量的首要问题。国内外在差分全球定位系统(DGPS-differential global positioning system)、航位推算(DR-dead reckoning)、机器视觉(machine vision)、地图匹配(MM-map matching)等现代导航定位技术方面取得了许多研究成果。然而，单一的一种导航定位方法都存在着自身难以克服的缺点，如DGPS由于移动端接收机内部的误差、地物遮挡等因素，可能产生较大的误差甚至失去信号；航位推算系统随着时间的推移，其测量误差和计算误差会累积起来；机器视觉系统易受外界光照条件的影响，且不适合进行大田内宏观路径的规划；等等。因此，国内外进行导航定位研究，大多数采用基于上述多种方法的多传感器组合式导航定位方法。目前，针对多传感器组合式导航定位方法的研究已形成了一个新的研究领域，即多传感器定位数据的融合，公知的方法大致可分为两大类一是利用概率统计的方法，包括估计理论、Kalman滤波、Bayes方法、统计决策及其他改进的方法，尽管概率统计方法已成为多传感器定位数据融合中不可缺少的工具，但是由于概率论本身的缺陷，使用该类方法时往往需要做一些明确的假设，并保证验前参数不失真、系统建模准确，因此，许多概率统计方法都是基于一个确定的概率分布，对动态、不确定的复杂工作环境适应能力较弱。二是利用人工智能的方法，包括D-S证据推理、模糊逻辑、产生式规则、人工神经网络等，人工智能的方法在一定程度上克服了概率统计方法所面临的问题，它对信息的表示和处理更接近人类的思维方式，具有良好的自适应性和鲁棒性，但目前还不够成熟和系统化，且对信息的描述存在较大的主观因素。总之，在公知的方法中，每种方法都存在其各自的优点和局限性，目前还没有一种通用的方法可以用来处理所有情况下的多传感器组合定位问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够对导航定位数据进行准确校正，特别是适用于农田作业的导航定位数据的校准方法。本专利技术的基本专利技术构思是通过地图配准为系统提供相对准确的电子地图，再用各个传感器的定位数据点与预定要跟踪的已知航线对比，然后做出综合判断，计算出可信度更高的校正数据点。本专利技术提供的导航定位数据的校正方法，由地图配准、传感器数据预处理、校正量决策、新的定位数据点生成四个过程组成，具体步骤如下①地图配准过程包括对地图进行坐标和投影的校正，以使地图上地物坐标准确，使传感器所获得的定位数据与地图上坐标的对应关系准确；②传感器数据预处理过程包括对传感器获得的数据进行相应的解算，并滤除粗大误差，得到便于后续步骤处理的相同数量级、相同投影坐标系的数据；③校正量决策过程包括将预处理后的各个传感器定位数据点与地图上已知航线进行对比，得到一系列对比数据，根据设定的决策模型计算，判定各个定位数据点的可信度，决策出相应的校正量；④新的定位数据点生成过程包括根据各个定位数据点的可信度以及校正量生成校正数据点，把校正数据点作为当前真实位置的估计值。由于上述的导航定位数据校正方法采用电子地图中已知的航线作为基准，航线是从电子地图中通过路径规划算法生成的，因此，航线具有与电子地图一样的精度，为导航定位数据的校正处理提供了精度保证。在传感器数据预处理阶段，对粗大误差进行了滤除处理，及时检出错误数据，提高了系统的稳定性。在校正量决策过程中，各个定位数据点的可信度是通过与地图上已知航线对比得出的，因此，系统得出的判断结果可靠，据此生成的新的定位数据点也是可靠的。另外，由于本专利技术方法避开了对历史数据进行统计意义上的数据估计、推理等操作，因此，大大降低了系统的计算量，提高了系统的实时处理能力，使系统更具实用性。通过本专利技术的实施，可以有效滤除传感器定位数据的跳变，使导航定位数据的精度可以得到一定程度的提高，对改善机械进行航线自动跟踪的质量具有良好的效果。为了保证数据的获取更具可靠性，本专利技术地图匹配过程中，定位数据最好通过两个或两个以上不同类型的传感器获得。同时获取多个数据，并对多个数据进行挑选或加权计算能够避免偶然性的误差造成的跳变。而且不同类型的传感器由于是通过不同的途径获得的数据，因此能够避免在同一时间同一原因，如光照、建筑物阻挡等，造成的同类型传感器的误差，进一步提高测量的可靠性。现有成熟精确的定位数据设备主要包括测距定位设备和航位推算定位设备两种，本专利技术的传感器最好在这两种设备中挑选，保证测量精度。测距定位设备包括全球定位系统接收模块，机器视觉定位，超声波、激光测距定位设备等中的一种或多种，航位推算定位设备包括陀螺仪、电子罗盘、速度计、里程计等中的一种或多种。本专利技术在所述校正量决策过程中，预处理后传感器定位数据点与地图上已知航线进行对比所得到的对比数据，包括偏航距或数据点相对于已知航线的方位。这两种数据可以比较容易的获得，并且计算模型简单，有利于提高处理速度。并且这两种数据可以通过加权计算得出校正后的数据具有很高的准确性。并采用现有具有成熟的决策模型，包括基于线性模型算法、基于模糊逻辑算法、基于遗传算法、基于神经网络算法中的一种或两种以上的组合。决策模型的输入是预处理后的各个传感器定位数据点与地图上已知航线进行对比所得到的对比数据；决策模型的输出是各个定位数据点的可信度或相应的校正量。定位数据点生成过程中，将各个定位数据点的可信度或相应的校正量作为权值，采用求各个定位数据点坐标值加权和的方法计算出新的定位数据点的坐标。在所述地图匹配过程中，定位数据由差分全球定位系统和航位推算系统获得，在校正量决策过程通过基于模糊逻辑算法判定各个定位数据点的可信度，决策出相应的校正量。本专利技术方法的一个优点是可以应用在低成本的系统中，如所述差分全球定位系统由两部全球定位系统接收机构成，一部固定作为基准站，另一部安装在移动平台上作为移动站，两部全球定位系统接收机之间通过无线网络进行通讯。采用两部GPS接收机构成的系统配合本专利的方法，能够对导航定位数据进行准确的校正。得到的数据精度可以与静止状态下由四颗以上GPS卫星进行定位的精度，并且本系统能够动态调整，及时纠正误差，保持农作机器在预设的路线上运动，采用本专利技术方法大大降低了成本。本专利技术除了应用于一般农田作业中对农业机械的控制外，还可以适用于其他领域，如对机器人的运动轨迹的控制等等。本专利技术相对于现有技术具有以下突出的实质性特点和显著的进步。1.本专利技术方法能够正确的校正由传感器获得的导航定位数据，保证农业机械能够在预设的航线上运作；2.本专利技术方法能够实时地校正导航定位数据的误差，并输出相对准确的定位数据，能够适用于运动中的机器控制；3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导航定位数据的校正方法，包括地图配准、传感器数据预处理、校正量决策、新的定位数据点生成四个过程，其特征在于包括以下步骤：①地图配准过程包括：对地图进行坐标和投影的校正，以使地图上地物坐标准确，使传感器所获得的定位数据与地图上坐标 的对应关系准确；②传感器数据预处理过程包括：对传感器获得的数据进行相应的解算，并滤除粗大误差，得到便于后续步骤处理的相同数量级、相同投影坐标系的数据；③校正量决策过程包括：将预处理后的各个传感器定位数据点与地图上已知航线进行 对比，得到一系列对比数据，根据设定的决策模型计算，判定各个定位数据点的可信度，决策出相应的校正量；④新的定位数据点生成过程包括：根据各个定位数据点的可信度以及校正量生成校正数据点，把校正数据点作为当前真实位置的估计值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗锡文，周志艳，张智刚，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]