[發明專利]一種面向智能農機的全地形全源組合導航系統

在審

• 申請號: 201811003746.2
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109115223A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 魏新華;吉鑫;崔冰波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/18;G01C21/16;G01C21/06;G01C21/08
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本發明公開了一種面向智能農機的全地形全源組合導航系統，涉及農業機械作業領域，包括激光雷達導航模塊、北斗衛星導航模塊、慣性導航模塊、視覺導航模塊、路徑規劃系統、數據管理模塊、綜合環境感知模塊和導航模式切換模塊；其中綜合環境感知模塊獲取激光雷達導航系統與視覺導航系統提供的環境數據構建一個高精度電子地圖，與導航數據進行地形匹配；數據管理模塊其具體包括：數據處理單元、數據同步單元、數據發送單元、數據融合單元，提供高精度、高質量、優于單一傳感器的導航數據；導航模式切換模塊主要由光照強度傳感器、衛星信號檢測傳感器與作業環境數據等構成，為導航模式切換的決策提供參考。

技術領域

本發明屬于農機組合導航技術領域，具體涉及一種面向智能農機的全地形全源組合導航系統。

背景技術

目前農機導航存在導航模式單一、導航模式難以適應全地形等問題。我國智能農機目前大多采用IMU與GPS的組合模式。傳統組合導航產品因天氣、地形、精度等因素難以應用于農機領域。目前該組合模式在無遮擋的大田情況下已得到應用，但是在山區丘陵以及密植果園，由于植被作物以及地形原因，GPS信號易受遮擋，存在導航盲區，導致導航結果出錯。且傳統高精度慣性導航產品存在初始化時間較長、濾波方法有待提高、實際使用過程中存在跳變、不適用于長時間導航等問題，單一導航模式難以適應我國目前智能農業的要求。

目前我國農用機具難以適應全地形要求。為適應全地形要求，導航裝置應具備提供全源數據的功能，根據環境因素與作業狀況進行導航模式切換與導航數據融合，具備自動分析、綜合，完成作業所需的估計與決策，實現作業全過程無人化要求。針對不同導航模式中的傳感器，導航裝置應具備數據糾錯、數據同步能力。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出一種面向智能農機的全地形全源組合導航系統。

本發明是通過如下技術方案得以實現的：

一種面向智能農機的全地形全源組合導航系統，包括激光雷達導航模塊、北斗導航模塊、慣性導航模塊、視覺導航模塊、路徑規劃模塊、數據管理模塊、綜合環境感知模塊和導航模式切換模塊；

所述激光雷達導航模塊、北斗導航模塊、慣性導航模塊和視覺導航模塊的輸出端并列設置且均與數據管理模塊相連接；數據管理模塊將接收到的信號處理后傳遞給導航模式切換模塊進行模式切換；同時，激光雷達導航模塊與視覺導航模塊將采集到的環境感知數據傳遞給綜合環境感知模塊，綜合環境感知模塊對作業空間信息進行分析，并將數據傳遞給路徑規劃模塊，路徑規劃模塊將規劃路徑信息傳出。

進一步的，所述激光雷達導航模塊采用三維多線激光雷達，用于空間定位與障礙物檢測，并提供相關作業環境參數，從而獲得綜合環境感知數據；北斗導航模塊包括衛星天線與衛星信號接收機，采用單點北斗進行經緯度信息定位；慣性導航模塊包含IMU和電子羅盤；所述慣性導航模塊提供航向角度信息與磁偏角信息；視覺導航模塊包括雙目攝像頭，雙目攝像頭進行被動信息導航且對環境無損，用于自然環境感知與視覺空間同步定位；視覺導航模塊、激光雷達導航模塊將采集到的環境感知數據傳遞給綜合環境感知模塊；綜合環境感知模塊生成高精度三維地圖。

進一步的，所述數據管理模塊包括數據處理單元、數據同步單元、數據發送單元和數據融合單元；數據管理模塊針對各個傳感器數據傳輸速率不統一、存在錯誤數據幀的情況進行數據速率的統一與錯誤數據幀的處理，針對組合導航模式中的多傳感器進行有效數據融合。

進一步的，所述激光雷達導航模塊、北斗導航模塊、慣性導航模塊、視覺導航模塊為即插即用的便攜組合，且具有統一的硬件與軟件接口；綜合環境感知模塊進行作業區域的高精度電子地圖生成；導航模式切換模塊自主作業模式的選擇與作業模式的切換；數據管理模塊進行數據的同步、糾錯、融合、發送。

進一步的，所述數據融合單元進行數據融合的步驟包括：首先對多個傳感器信號平均值計算，隨后對平均值信號方差估計；權系數計算后融合值計算。