【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农机装备及导航控制领域，特别是一种农机的随插式跨田块无人作业系统与自动标定校准方法。
技术介绍
1、目前，适度规模经营的中小田块数量众多，农机需不断进行跨田块作业。基于卫星信号的自动驾驶需提前构建边界地图，难以适应跨田块作业的需要。中国专利(cn114698099a、cn112533288a、cn114268899 a)涉及超宽带基站部署自标定方法，实现固定部署大量基站的位置坐标快速标定，缩短了人工部署时间，有效解决了大量基站部署位置标定繁琐的问题，但其面对的是具体的多基站定位导航方案，仅适合于设施农业环境的固定区域作业，难以满足基站随插部署偏移的位置、姿态的自主检测标定。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种农机的随插式跨田块无人作业系统与自动标定校准方法，实现适度规模大田的农机便捷跨田块自动驾驶作业。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种农机的随插式跨田块无人作业系统，其特征在于，包括随插基站模组、机载标签模组、惯性导航传感器、基站随插装置、跨田块导航子系统、随插自标定子系统和远程操控器；
4、所述随插基站模组和机载标签模组均包括超宽带测距模块、气压测高模块和高度粗对准指示灯，气压测高模块与超宽带测距模块在同一水平面固连，用于检测部署绝对气压高度hi，其中i＝1、2、3和4；
5、所述惯性导航传感器水平固连在农机本体中心位置，惯性导航传感器航向角轴线的投影与农机本体
6、所述基站随插装置包括第一自锁伸缩安装杆和三针地插，第一自锁伸缩安装杆底端与三针地插连接；随插基站模组安装在第一自锁伸缩安装杆顶端，通过三针地插竖直随插在农田田埂上，调节第一自锁伸缩安装杆的高度直至高度粗对准指示灯闪亮；
7、所述跨田块导航子系统包括跨田块导航控制器红色状态指示灯、绿色状态指示灯，跨田块导航控制器与所述随插基站模组、机载标签模组、惯性导航传感器之间数据传输全双工通信；
8、所述随插自标定子系统包括随插自标定控制器、黄色状态指示灯、蓝色状态指示灯，随插自标定控制器与所述跨田块导航控制器之间数据传输全双工通信；
9、所述远程操控器用于控制跨田块导航子系统和随插自标定子系统的工作。
10、上述技术方案中，所述随插基站模组部署在农田左侧边界田埂两头中心位置处，随插基站模组的基线包络整个农田的宽度方向，并形成“虚拟”路径，作为农机本体的自动驾驶参照路径，对于无作物田块，以近似垂直农田短边航向为导航路径方向基准，对于有作物田块，以作物种植走向为导航路径方向基准；机载标签模组的基线的投影与农机本体纵向中心轴线重合，机载标签模组在农机本体前后两侧对称安装。
11、一种随插式跨田块无人作业系统的自动标定校准方法：
12、通过远程操控器启动跨田块导航子系统和随插自标定子系统；
13、跨田块导航控制器自主运行基站随插偏移检测估算子方法和基站随插偏移自标定子方法，将自主检测的高度偏移、垂直角度偏移、水平角度偏移、基站基线长度、标签基线长度自动发送至随插自标定控制器，完成自主检测的参数自标定，并反馈至跨田块导航控制器(51)，进行参数内置保存；
14、跨田块导航控制器实时计算校准农机本体的横向偏差xc′和航向偏差θc′，并实时发送至随插自标定控制器；
15、通过远程操控器启动无人作业模式，农机本体在田间无人驾驶作业，跨田块导航控制器实时获取农田边界感知系统感知的车头距近地头田埂的垂直距离l，当l≤l，农机本体执行自主换行作业，并自动更新跨田块导航控制器中目标作业路径距离，否则，农机本体继续执行直线导航作业，直至农机本体最后一行作业结束；其中自主换行作业基于横向偏差xc′进行，直线导航作业基于横向偏差xc′和航向偏差θc′进行。
16、进一步地，所述基站随插偏移检测估算子方法包括高度偏移检测算法、垂直角度偏移检测算法和水平角度偏移检测算法。
17、更进一步地，所述高度偏移检测算法为：利用气压测高模块分别获取随插基站模组、机载标签模组绝对气压高度h1、h2、h3和h4，绝对气压高度h1、h2、h3和h4进行做差，计算出高度偏移vh1、vh2、vh3、vh4、vh5和vh6，具体地：vh1＝|h1-h3|，vh2＝|h1-h4|，vh3＝|h2-h3|，vh4＝|h2-h4|，vh5＝|h3-h4|，vh6＝|h1-h2|，其中：h1为随插基站模组一的绝对气压高度，h2为随插基站模组二的绝对气压高度，h3为机载标签模组一的绝对气压高度，h4为机载标签模组二的绝对气压高度，||为取绝对值，vh1为随插基站模组一和机载标签模组一的竖直高度差，vh2为随插基站模组一和机载标签模组二的竖直高度差，vh3为随插基站模组二和机载标签模组一的竖直高度差，vh4为随插基站模组二和机载标签模组二的竖直高度差，vh5为机载标签模组一和机载标签模组二的竖直高度差，vh6为随插基站模组一和随插基站模组二的竖直高度差。
18、更进一步地，所述垂直角度偏移检测算法为：利用卡尔曼平滑滤波对随插基站模组一与随插基站模组二之间的直线距离dj、载标签模组一与机载标签模组一之间的直线距离db分别进行300次迭代后进行平滑滤波；将平滑滤波后的dj、db和vh5、vh6进行耦合求解，得到：τj＝90-arcsinvh5/dj，τb＝90-arcsinvh6/db，其中：τj为随插基站模组的垂直角度偏移，τb为机载标签模组的垂直角度偏移。
19、更进一步地，所述水平角度偏移检测算法为：假设基站部署不存在水平角度偏移ψ，将包含水平角度偏移的农机本体的超宽带相对航向偏角θ2与农机本体的实际惯性导航航向偏差θ4做差，取绝对值作为超宽带基站的水平偏角标量数值θ5，并对θ5进行正负两种方向属性赋值，代入横向偏差xc′和航向偏差θc′检测模型进行验算，舍去增大航向误差的水平角度偏移方向，确定航向误差缩小的为水平角度偏移方向，其中：θ4＝|θ1-θ3|，θ5＝|θ2-θ4|；其中：θ1为自动驾驶初始作业航向角，θ3为惯性导航检出农机车头实际指向航向角。
20、更进一步地，所述自主检测的参数自标定具体为：
21、1)利用vh1、vh2、vh3、vh4校正高度偏移误差带来的测距误差：
22、
23、其中：d11表示机载标签模组一与插基站模组一的距离，d12表示机载标签模组一与随插基站模组二的距离，d21表示机载标签模组二与随插基站模组一的距离，d22表示机载标签模组二与随插基站模组二的距离；
24、2)利用vh5、vh6校正垂直角度偏移误差带来的基线长度误差：
25、
26、
27、其中：τj表示随插基站模组的垂直角度偏移，τb表示机载标签模组的垂直角度偏移，dj表示随插基站模组一与随插基站模组二的直线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种农机的随插式跨田块无人作业系统，其特征在于，包括随插基站模组(1)、机载标签模组(2)、惯性导航传感器(3)、基站随插装置(4)、跨田块导航子系统(5)、随插自标定子系统(6)和远程操控器(7)；
2.根据权利要求1所述的农机的随插式跨田块无人作业系统，其特征在于，所述随插基站模组(1)部署在农田左侧边界田埂两头中心位置处，随插基站模组(1)的基线包络整个农田的宽度方向，并形成“虚拟”路径，作为农机本体(11)的自动驾驶参照路径，对于无作物田块，以近似垂直农田短边航向为导航路径方向基准，对于有作物田块，以作物种植走向为导航路径方向基准；机载标签模组(2)的基线的投影与农机本体纵向中心轴线(13)重合，机载标签模组(2)在农机本体(11)前后两侧对称安装。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述的随插式跨田块无人作业系统的自动标定校准方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的农机的随插式跨田块无人作业系统的自动标定校准方法，其特征在于，所述基站随插偏移检测估算子方法包括高度偏移检测算法、垂直角度偏移检测算法和水平角度偏移检测算法。
...【技术特征摘要】
1.一种农机的随插式跨田块无人作业系统，其特征在于，包括随插基站模组(1)、机载标签模组(2)、惯性导航传感器(3)、基站随插装置(4)、跨田块导航子系统(5)、随插自标定子系统(6)和远程操控器(7)；
2.根据权利要求1所述的农机的随插式跨田块无人作业系统，其特征在于，所述随插基站模组(1)部署在农田左侧边界田埂两头中心位置处，随插基站模组(1)的基线包络整个农田的宽度方向，并形成“虚拟”路径，作为农机本体(11)的自动驾驶参照路径，对于无作物田块，以近似垂直农田短边航向为导航路径方向基准，对于有作物田块，以作物种植走向为导航路径方向基准；机载标签模组(2)的基线的投影与农机本体纵向中心轴线(13)重合，机载标签模组(2)在农机本体(11)前后两侧对称安装。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述的随插式跨田块无人作业系统的自动标定校准方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的农机的随插式跨田块无人作业系统的自动标定校准方法，其特征在于，所述基站随插偏移检测估算子方法包括高度偏移检测算法、垂直角度偏移检测算法和水平角度偏移检测算法。
5.根据权利要求4所述的农机的随插式跨田块无人作业系统的自动标定校准方法，其特征在于，所述高度偏移检测算法为：利用气压测高模块(9)分别获取随插基站模组(1)、机载标签模组(2)的绝对气压高度h1、h2、h3和h4，绝对气压高度h1、h2、h3和h4进行做差，计算出高度偏移vh1、vh2、vh3、vh4、vh5和vh6，具体地：vh1＝|h1-h3|，vh2＝|h1-h4|，vh3＝|h2-h3|，vh4＝|h2-h4|，vh5＝|h3-h4|，vh6＝|h1-h2|，其中：h1为随插基站模组一(11)的绝对气压高度，h2为随插基站模组二(12)的绝对气压高度，h3为机载标签模组一(21)的绝对气压高度，h4为机载标签模组二(22)的绝对气压高度，||为取绝对值，vh1为随插基站模组一(11)和机载标签模组一(21)的竖直高度差，vh2为随插基站模组一(11)和机载标签模组二(22)的竖直高度差，vh3为随插基站模组二(12)和机载标签模组一(21)的竖直高度差，vh4为随插基站模组二(12)和机载标签模组二(22)的竖直高度差，vh5为机载标签模组一(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘继展，解彬彬，韦蔚，金玉成，姜勇，金煜杰，雷小洁，蔡连江，胡华锋，李源湘，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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