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基于嵌入式的农机辅助导航系统研究

于占宝  
【摘要】:本文首先介绍了我国农业现状,提出了农机辅助导航系统应用需要的必然性。分析了常用的农机定位方法,重点介绍了GPS系统特点、系统组成、系统定位原理及定位方法。详细介绍了GPS系统几种定位方式:静态定位和动态定位、单点定位和相对定位。 由于GPS测量中使用的通常都是WGS-84坐标系,与平时应用的平面坐标系不同,因此本文详细分析了经常使用的几种坐标系并对坐标系之间的转换进行了重点介绍。同时本文针对于比较典型的导航系统EZ-Guide250进行了实验研究。通过分析实验数据可以得出影响导航精度的主要因素是GPS的定位精度,所以本文分析了几种GPS定位误差及削弱误差的方法。 为了提高农机导航的定位精度,确保导航的可靠性和连续性,本文研究了一种最优估计理论方法即卡尔曼滤波算法。通过分析卡尔曼滤波算法的两种基本方程即离散型方程与连续型方程,建立了GPS系统的状态方程和观测方程,设计了基于卡尔曼滤波算法的GPS滤波模型。针对于卡尔曼滤波算法的发散,提出了衰减记忆法滤波和限定记忆法滤波两种方法来抑制滤波器的发散,进而提高了滤波器的精度,并以GPS数据处理理论和计算机应用技术为基础,运用Matlab软件对GPS滤波模型与EZ-Guide250实验数据进行了对比分析。 本文设计了农机辅助导航系统的硬件平台和软件平台。根据系统需求并结合GPS定位技术,以LJD-eWin7000触控一体机和AgGPS332GPS接收机为系统核心,搭建了基于嵌入式农机辅助导航系统的硬件平台,并以此平台为基础,在Microsoft Visual Studio2008软件环境下,运用Visual Basic.net编程语言在嵌入式系统下完成了系统的设计与开发,重点研究了GPS数据串口接收驱动、GPS数据解析及辅助导航功能的实现程序的编写。对该系统进行了实验比对比分析,实验结果表明:该农机辅助导航系统与EZ-Guide250的平均误差相近,能够完成基本作业需求。


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