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《中国农业大学》 2004年
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面向精准农业的GPS信号处理与定位方法研究

张小超  
【摘要】: 为了适应精准农业高精度、低成本的GPS定位导航应用要求,本文通过对GPS伪距和载波相位定位方法的研究,结合精准农业的实际情况,提出了基于GPS OEM板的高精度定位与测量方法,并用仿真和田间试验验证了各关键技术的可行性。主要研究内容如下: 1.针对低成本的Jupiter GPS OEM板接收机,直接根据星历原始数据和接收机原始观测数据以及GPS定位技术的理论进行了GPS OEM板的伪距与载波相位定位软件的开发。 2.通过对运动载体CA模型和统计模型的卡尔曼滤波效果的研究,提出误差反馈式自适应卡尔曼滤波方法,以解决卡尔曼滤波器模型或滤波参数选择不恰当,造成滤波效果差,甚至发散的问题。 3.在分析动态小波滤波、小波包滤波和误差反馈式自适应卡尔曼滤波方法的基础上,提出基于小波分析反馈式自适应卡尔曼滤波方法,以实现当测定信号相对平稳时滤波结果较为平滑,而在测定信号发生突变时滤波器又具有极强跟踪能力的目标。 4.针对短基线的情况,研究基于平面模型的浮点数遗传搜索算法来确定整周模糊度。利用模糊度函数法对于周跳不敏感的特点,充分发挥遗传算法的优化搜索特点,以实现对载波相位整周模糊度的在航解算。 5.为了解决遗传算法适应度函数多峰特征的搜索问题,研究分级优选遗传搜索算法,以提高整周模糊度解的搜索重复精度,解决与整周模糊度无关的定位解的求解问题。 6.研究采用小波分析算法来检测周跳以及采用映射技术给出周跳修复值的方法。实现周跳检测准确,并可以比较完善地预测在周跳发生过程中GPS载波相位信号的修正轨迹。 7.在分析双频P码伪距法、模糊度函数法、最小二乘搜索法、模糊度协方差法、Cholesky分解法、和LAMBDA算法的基础上,重点研究基于双GPS天线动一动基线载波相位双差整周模糊度确定方法。根据农业机械田间作业低速动态和近似平面运动的特点,研究运动载体的低俯仰角姿态搜索方法和行走速度的测量方法,以实现高精度的GPS定位、导航以及测量的目标。 8.结合精准农业的实际情况,研究GPS动态运动轨迹的自动跟踪方法。在减少差分基准站和差分信号传输链路硬件系统的条件下,达到降低GPS定位系统的建设成本和运行成本的经济目标。 9.针对联合收割机测产系统的定位与测速要求,研究采用实时记录粮食产量、水分、位置和速度的信息,进行高精度的GPS数据后处理方法。 10.将高精度的GPS偏航距离和速度测量技术应用于大型平移式喷灌机的导向与速度遥测、遥控系统中,配合其它辅助传感器组成实时测量与导航控制系统,试验证明基于载波相位的GPS高精度测量技术能否满足大型喷灌机变量控制的各项技术性能要求。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P228.4

【引证文献】
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【同被引文献】
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