农机自动驾驶导航系统研究概况

角 。惯 性 传 感 器 导 航 系 统 使 用 陀螺 仪 和 加 速 度 计
测 量 车 辆 位 置 的相 关 信 息 ，此 类 仪 器 设 备 多数 含
有 三 轴 的 侧 倾 角 、 俯 仰 角 、 横 摆 角 陀 螺 仪 和 三 轴 的 侧 倾 角 、俯 仰 角 、横 摆 角 加 速 度 计 ，用 此 方
装 繁 琐 ， 一套 系 统 在 多 台机械 上 的 更 换使 用 不方
便 ，售 后成 本 显著 增加 。 目前 ，Ｇ Ｐ Ｓ 导 航市 场 还有 待进 一 步规 范 ，不 同品牌 的Ｇ Ｐ Ｓ 之 间有 各 自的通讯
应 用 将 为精 细 农 业 生 产 的全 面 开 展 奠 定 坚 实 的基
隧
农 讥 自动 驾 驶 导 航 系 统 研 究 概 况
吴 小伟 史志 中 王 工
摘要 ：阐述 了农机 自动 驾驶 导航 系统 的研 究概 况 、 技 术 支撑 条件 及存 在 的 问题 ，分析 了该 技术 的推 广
应用前景 。
法 可 以得 到 车 辆 的位 置 和 姿 态 信 息 。 由于 惯 性 导
安 装 及 使 用 费 用 较 高 ，影 响 了精 准 农 业 的 机 械 化
推进 进 程 。Ｇ Ｐ Ｓ 导航 转 向液压 系 统通 过 卫星 定位 ， 发 出信 号 改 变 电磁 阀 油 路 的 开 关 ， 使 方 向盘 转 向
江 苈 农祝 化 ２ ０ １ ５ ． ３ １
系 统 进 行 转 向 调 节 ，而 车 辆 的 转 向液 压 系 统 安
体 在 运 动 过 程 中 的加 速 度 ，然 后 通 过 计算 机 进 行 积 分 ，从 而 得 到 运 动 体 的位 置 、速 度 、 方 位 等 导 航 参 数 ，是 一 种 不 依 赖 任 何 外 部 信 息 、 设 施 或基 准 ， 也 不 向 外 部 辐 射 能 量 的 自主 式 导 航 定 位 系
航 系 统 存 在 内在 信 号 漂 移 现 象 ，为 使 定 位 信 息 准
确 ，需 要 定 位 数 据 标 定 ， 同 时此 系 统 可 作 为 对 其 他 定位传 感 系统 的补 充 。 （ ３ ）地 形辅 助导 航 定 位 系统 。 该系 统 利 用 地
关键词 ：农 业机械 ； 自动驾驶；导航 系统
１ 农机 自动驾驶导航 系统研 究概况
按 照 近 代 科 学 技 术 术 语 ， 导航 定位 系 统 的 主 要 功 能 是 定位 、 定 向 、测 速 和授 时 。 由于 能够 完 成 导 航 任 务 的技 术 方 法 很 多 ，所 以出 现 了各 种类 型 的导 航 定位 系统 ，主 要 有 以下几 种 ： （ １）无 线 电导航 定位 系统 。该 系 统 利 用 多 普 勒 效 应 测 速 ，用 雷 达 测 距 和 测 方 位 ， 用 导 航 台 定
２ 农机 自动驾驶导航系统的技术支撑条件
目前 ，国 内农 业机 械 Ｇ Ｐ Ｓ 导 航 自动 驾 驶 系统 虽 然 正在 应 用 ，但 使 用 过程 中也存 在 很 多 问题 。Ｇ Ｐ Ｓ 导 航 系 统 没 有 实 现 国产 化 ，技 术 含 量 较 高 ，设 备
参数 ：方位 角 （ 或 称 横 摆 角 ） 、侧 倾 角 和 俯 仰
（ ２）惯 性 导 航 定 位 系统 。 该 系 统 是 由加 速
定 农 机 的行 走 方 向 ，可 在 卫 星 信 号 较 差 的情 况 下 有 一 个 缓 冲 的航 向指 引 。华 南 农 大 和 黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 以及 国家 智 能 装 备 中心 在 农 机 导 航 方 面 都 取 得 了一 些 研 究 成 果 。华 南 农 大 研 发 出 了定 位
础。
３ 农机 自动驾驶系统存在 的技术 问题
（ １）卫 星 定 位 系统 。 为 了增 强 信 号 接 受 能
协 议 ，差 分 信 号 不 能 通 用 ，造 成 重 复投 资 ，给 用
户 的 使 用 带来 不 便 ，造 成 资 金 浪 费 。在 区域 条件
比较 复 杂 的地 方 ，部 分 导 航 系 统 由于 地 理位 置 或
精度 在 ５ ～１ ０ ｃ ｍ 的 导航系 统 ，但 是对 于机 型 和作 业
条 件 有 一 定 的 要 求 ，应 对 高 速 度 、 高 精 度 的农 田 作 业 还 有 些 欠 缺 ；八 一 农 垦 大 学 和 国家 智 能 装 备
中心 研 发 出 的导 航 系 统 模 拟 机 能 模 拟 农 机 导 航 ，
但 是还 没有 真正 应用 到农 机 作业 中去 。
统 ， 可 提 供 完 备 、 连 续 及 高 数 据 更 新 率 导 航 信
息 。导 航 系 统 通 常 使 用 传 感 器 探 测 车 辆 的方 位 角 和 姿 态 来 提 供 辅 助 定 位 信 息 ，这 种 信 息 包 含 三 个
计 、 陀螺 与 惯 导平 台 、 导航 计算 机 、 导 航 算 法 、
补 偿 算 法 、控 制 显 示 器 和 供 电系 统等 组 成 ， 它 的 基 本 原 理 是 根 据 牛 顿 提 出 的相 对 惯 性 空 间 的 力 学
定 律 ，利 用 陀螺 、加 速 度 计 等 惯 性 元 件 感 受运 行
位。
形 、地 物 和 地 貌 特 征 进 行 导 航 ，是 将 地 形 图数 据 库 、地 形 图匹 配 技 术 和 航 位 推 算 导 航 技 术 相 结 合 的一种 精确 导航 定位 系统 。
目前 ，我 国农 机பைடு நூலகம்自动 驾 驶 导 航 系 统 的研 究 主
要 集 中在 卫 星 导 航 系 统 和 惯 性 导 航 系 统 。卫 星 导 航 系 统 提 供 精 确 的定 位 信 息 用 来 实 时 确 定 农 机 的 位 置 数据 ，更 新 频 率 能达 到 ｌ ０ Ｈ ｚ ，基本 满 足 农 机 行 走 速 度 的要 求 。惯 性 导 航 系 统 主 要 用 来 辅 助 确