自走式农用机器人GPS/电子地图导航技术研究

论文摘要

随着精细农业的发展,对于进行农业作业的机器人导航精度的要求越来越高,目前虽然市场上有高精度的GPS设备出售,但其价格一直高居不下,对于农业生产来说,应用价格昂贵的GPS设备来提高定位精度显然不现实。本文对农用机器人低成本定位系统进行了研究。研究的目的是在低成本的前提下提高定位系统的可靠性和定位精度,从而推动数字农业的发展。本文提出的农用机器人导航系统主要功能是通过装载在移动机器人上的GPS移动站接收机,接收来自卫星的导航信号和来自基准站的差分信号,然后通过串口通信,将差分后的GPS信号采集到计算机中,利用VC++软件和MapObiects实现导航信息的实时接收和在地图上显示出来。可以实时地对农田机器人的准确位置、运行轨迹、速度、方向等进行检测和显示。本系统是精细农业的重要组成部分。本文提出了农用机器人导航的总体方案和各功能模块的作用,以及实现方法。设计了农用机器人导航系统的软硬件部分,详细介绍了GPS技术、GPS信息采集技术、导航电子地图的制作方法。深入探讨了GPS接收机与计算机之间的串行通信,利用VC++编制了串口通信软件,可以实时接收和显示符合NMEA-0183标准的GPS导航信息。此外,本文利用ESRI公司的组件式GIS开发工具MapObjects研究了导航电子地图的开发的新方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究目的与意义
• 1.2 低成本GPS导航技术的研究现状
• 1.3 本文的研究方法和内容
• 1.4 农用机器人导航系统简介
• 1.4.1 硬件部分简介
• 1.4.2 软件部分简介
• 1.5 论文简介
• 第二章 全球定位系统（GPS）基本理论
• 2.1 GPS概述
• 2.2 GPS定位原理
• 2.3 差分导航（DGPS）的原理
• 2.3.1 GPS误差分析
• 2.3.2 DGPS原理
• 2.3.3 DGPS分类
• 2.3.4 伪距差分定位原理
• 2.4 GPS坐标系统
• 2.5 我国采用的坐标系
• 2.5.1 参心坐标系
• 2.5.2 地心坐标系
• 第三章 差分导航系统的数据采集
• 3.1 实时差分和后处理差分
• 3.2 硬件部分设计
• 3.2.1 AgGPS132接收机介绍
• 3.2.2 RFM96W数传电台
• 3.2.3 硬件系统工作方式
• 3.3 软件部分设计
• 3.3.1 利用API函数实现串口通信
• 3.3.2 定位数据提取
• 3.4 坐标变换
• 3.5 农用AgGPS132差分GPS系统的实验
• 3.5.1 实验内容
• 3.5.2 实验数据分析
• 3.5.3 实验结果
• 第四章 GPS导航电子地图的研究
• 4.1 电子地图概述
• 4.1.1 电子地图功能描述
• 4.1.2 导航电子地图的数据结构
• 4.2 电子地图的制作方法
• 4.2.1 MapObjects的特点和功能
• 4.2.2 农用导航电子地图的制作方法
• 4.2.3 在轨迹层显示动态跟踪信息
• 4.3 地图匹配
• 4.3.1 地图匹配原理
• 4.3.2 地图匹配的方法
• 第五章 结论和对未来工作的建议
• 5.1 研究结论
• 5.2 本文的创新
• 5.3 对未来工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文