智能农机GNSS/INS组合导航系统设计

钟 银，薛梦琦，袁洪良

（同济大学电子与信息工程学院，上海 201804）

0 引言

农业是国民经济的基础[1]，也是经济发展、社会安定、国家自立的基础。在全面建成小康社会的决胜阶段，国家明确提出要加大农业科技投入，发展现代化农业，建设以农业物联网和农业智能化装备为重点的农业全程信息化和机械化技术体系[2]。目前农业拖拉机的田间作业完全依靠驾驶员的经验，在一些作业面积大的地区，工作时间长，农机操作人员任务繁重，农机作业质量难以保证，所以研究农机自动导航系统具有重要意义[3]。农机自动导航有助于降低成本并提高盈利能力[4]，是支撑现代化农业发展的关键技术之一[5-6]，是农业机械智能化的一个重要组成部分，对于增强农业生产力有重大作用。

国内外对无人农机定位导航使用的系统包括全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）、惯性导航系统（Inertial Navigation System, INS）、激光雷达以及机器视觉导航系统等[7-10]，目前GNSS和Real-time kinematic（RTK）载波相位差分技术结合的组合导航在农机上应用广泛[7]，但是存在GNSS容易受环境干扰信号丢失的问题，INS利用相对定位的特点，不受环境干扰，得到广泛应用，但是其系统误差随时间不断累积[11]。国外发达国家由于地广人稀，劳动力成本高以及科技进步等特点，对无人农机自动驾驶技术的研究开展较早[12]，尤其以美国对农机自动导航技术研究更为深入，应用更为广泛。Noguchi等[13]开发了基于机器视觉、差分GPS等定位导航单元，利用扩展卡尔曼滤波和多维密度函数算法将传感器信息进行了融合，设计了农机的自动导航定位系统，在比较平坦的路面，最大偏差小于10 cm。……