面向中小农田的便携少基站组式农机UWB导航系统与方法技术方案

本发明专利技术提供了一种面向中小农田的便携少基站组式农机UWB导航系统与方法，涉及农机装备及导航控制技术领域。所述系统包括L形三UWB基站组、双UWB标签、反射式田头距离测距装置、三维电子罗盘和控制器，控制器通过同基站组定位方式完成纵向直线目标作业路径航位偏差解算，实现牛耕式往复型的自适应换行导航作业；控制器通过变基站组定位方式分别完成纵向和横向直线目标作业路径航位偏差解算，实现绕圈式回字型的自适应换行导航作业。本发明专利技术采用少UWB基站的便捷布置实现频繁跨区无人作业，具有成本低，系统构成简单、精度高、稳定性和实时性好等特点，广泛适用于各种农机在中小型田块的自主导航和无人驾驶作业，具有实用推广价值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
面向中小农田的便携少基站组式农机UWB导航系统与方法


[0001]本专利技术属于农机装备及导航控制
，特别涉及一种面向中小农田的便携少基站组式农机UWB导航系统与方法。

技术介绍

[0002]我国大田农业是大型农场、中小型农业生产合作社和个体农户等多种生产经营模式并存，其中小型农业生产合作社和个体农户属于分布零散和区域化的中小型非结构化农田种植模式，单亩地种植面积在0～0.35公顷之间，占我国大田农业生产的90％以上，且中小型田块多位于我国南方丘陵地区，不利于大型农机的生产作业。近年来农机导航技术快速发展，无人农机研究也开始受到重视，农业机械的自主导航成为无人驾驶研发的重点。但目前主流的基于北斗、GPS的农业机械自主导航技术仍存在不足：
[0003](1)采用全球坐标绝对定位技术，需要在预建农田地图规划作业路径下进行自主导航作业，且在面对非结构化农田时的预建农田地图过程复杂，因此在面对分布零散的数量众多中小型田块，无法满足频繁跨区无人作业需求。
[0004](2)卫星定位导航农机在丘陵山区易出现信号丢失造成农机自主导航失效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向中小农田的便携少基站组式农机UWB导航方法，其特征在于，所述导航方法基于L形三UWB基站组(1)实现，所述L形三UWB基站组(1)包括UWB基站一(1
J1
)、UWB基站二(1
J2
)和UWB基站三(1
J3
)，UWB基站一(1
J1
)和UWB基站二(1
J2
)组成UWB基站组一(1
G1
)，UWB基站组一(1
G1
)平行纵向目标作业路径(91)布置，且距平行田埂水平距离为d1，所述UWB基站一(1
J1
)和UWB基站二(1
J2
)的中心间距为d
j1
；在绕圈式回字型作业路径模式中，UWB基站二(1
J2
)和UWB基站三(1
J3
)组成UWB基站组二(1
G2
)，UWB基站组二(1
G2
)平行横向目标作业路径(92)布置，且距平行田埂水平距离为d2，所述UWB基站二(1
J2
)和UWB基站三(1
J3
)的中心间距为d
j2
；所述导航方法具体为：控制器(5)实时解析双UWB标签(2)、反射式田头距离测距装置(3)和三维电子罗盘(4)的数据，实现拖拉机本体(6)或收割机本体(7)的全局自主导航；所述拖拉机本体(6)的全局自主导航包括同基站组定位的直线路径航位偏差测量、反射式
‑
自适应换行作业以及全局自主导航作业，收割机本体(7)的全局自主导航包括变基站组定位的直线路径航位偏差测量、收获边界距离计算、变换行收获边界距离阈值计算以及全局主导航作业；所述同基站组定位的直线路径航位偏差测量，包括：首先判断拖拉机本体(6)所在实际作业行，计算理论目标作业路径距离x；根据实时距离d
11
、d
12
、d
21
和d
22
，实时求解UWB标签一(2
B1
)与UWB基站组一(1
G1
)的水平垂直距离D1、UWB标签二(2
B2
)与UWB基站组一(1
G1
)的水平垂直距离D2；根据理论目标作业路径距离x、双UWB标签的中心间距d
b
以及距离D1和D2，实时求解拖拉机本体(6)与目标作业路径(9)的横向偏差X和航向偏差θ；所述变基站组定位的直线路径航位偏差测量，包括：计算中间量K1、K2、K3和K4的数值，控制器(5)判断K1为0或正整数有效时，认定收割机本体(7)在沿纵向目标作业路径正方向9
1+
行走，判断K2＝1为0或正整数有效时，认定收割机本体(7)在沿横向目标作业路径反方向92‑
行走，判断K3＝2为0或正整数有效时，认定收割机本体(7)在沿纵向目标作业路径反方向91‑
行走，判断K4＝3为0或正整数有效时，认定收割机本体(7)在沿横向目标作业路径正方向9
2+
行走；根据K1、K2、K3和K4的有效性和数值大小计算理论目标作业路径x；根据距离d
11
、d
12
、d
21
、d
22
、d
31
和d
32
，实时求解D1、D2、UWB标签一(2
B1
)与UWB基站组二(1
G2
)中心线的水平垂直距离D3、UWB标签二(2
B2
)与UWB基站组二(1
G2
)中心线的水平垂直距离D4；判定K1和K3为0或正整数时有效，利用所述D1和D2、理论目标作业路径距离x、双UWB标签的中心间距d
b
，求解收割机本体(7)与纵向目标作业路径(91)的横向偏差X和航向偏差θ以及收割机本体(7)车头距所在行收获边界距离B；判定K2和K4为0或正整数时有效，利用所述D3和D4、理论目标作业路径距离x、双UWB标签的中心间距d
b
，求解收割机本体(7)与横向目标作业路径(92)的横向偏差X
′
和航向偏差θ
′
以及收割机本体(7)车头距所在行收获边界距离B。2.根据权利要求1所述的便携少基站组式农机UWB导航方法，其特征在于，所述横向偏差X和航向偏差θ通过如下公式计算获取：
其中：其中：L1＝d
j1
+d
11
+d
12
，L2＝d
j1
+d
21
+d
22
，x为理论目标作业路径距离，K
R
为拖拉机本体(6)所在实际作业行数，w1为拖拉机本体(6)作业幅宽，L1为Δ2
B11J11J2
周长，L2为Δ2
B21J11J2
周长，D
1G1
为拖拉机本体(6)中心点与UWB基站组一(1
G1
)的实时水平垂直距离距离，d
11
为UWB标签一(2
B1
)距UWB基站一(1
J1
)的实时距离，d
12
为UWB标签一(2
B1
)距UWB基站一(1
J2
)的实时距离，d
13
为UWB标签一(2
B1
)距UWB基站一(1
J3
)的实时距离，d
21
为UWB标签二(2
B2
)距UWB基站一(1
J1
)的实时距离，d
22
为UWB标签二(2
B2
)距UWB基站二(1
J2
)的实时距离，d
23
为UWB标签二(2
B2
)距UWB基站一(1
J3
)的实时距离。3.根据权利要求2所述的便携少基站组式农机UWB导航方法，其特征在于，所述横向偏差X
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继展，解彬彬，蔡连江，李源湘，王杰，雷小洁，蒋厚康，王俭，李武浩，江应星，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：