【摘要】：中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)作業(yè)到機(jī)械作業(yè)的轉(zhuǎn)化。目前雖然農(nóng)機(jī)自動(dòng)化程度仍然不高,但是未來自動(dòng)駕駛的時(shí)代一定會(huì)來臨。要實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛首先要解決的就是定位導(dǎo)航問題,農(nóng)業(yè)機(jī)械的定位導(dǎo)航與城市車輛的定位導(dǎo)航是有區(qū)別的。城市環(huán)境導(dǎo)航定位的優(yōu)勢(shì)是有精確的道路地圖匹配,能夠?qū)Χㄎ唤Y(jié)果進(jìn)行修正;農(nóng)田環(huán)境則一般無法進(jìn)行地圖匹配修正。未來的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛必然是伴隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)共同建立的,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中通常利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來實(shí)時(shí)收集農(nóng)田及作物信息,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也為農(nóng)機(jī)的精確定位導(dǎo)航提供了另一種可能。對(duì)于農(nóng)機(jī)定位問題,采用RTK-GPS技術(shù)是目前已有解決方案中采用最普遍的。這種技術(shù)是觀測(cè)的衛(wèi)星載波相位,定位精度極高,但需設(shè)立基站以及售價(jià)很高使得其難以大力推廣。為此,本文對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的車載定位系統(tǒng)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了成本較低、精度較高的GPS/INS/WSN組合定位系統(tǒng)。首先,研究了常用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù),包括基于測(cè)距的定位方法和無需測(cè)距的定位方法,分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)后,考慮到在本文的應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)算法的復(fù)雜度、定位精度以及硬件設(shè)備的要求,選擇了基于RSSI的測(cè)距方法為本文的組合定位系統(tǒng)進(jìn)行融合。其次,研究了農(nóng)田環(huán)境下無線信號(hào)的傳播損耗模型,根據(jù)在類似農(nóng)田環(huán)境下的實(shí)測(cè)RSSI值擬合出無線信號(hào)的傳播路徑損耗參數(shù)。針對(duì)接收到的RSSI值波動(dòng)問題,本文采用高斯濾波方法進(jìn)行濾波處理,然后利用擬合出的路徑損耗參數(shù)進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較好的定位性能。然后,利用matlab軟件對(duì)GPS/INS/WSN組合導(dǎo)航性能進(jìn)行仿真,作為對(duì)比,分別對(duì)GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)、WSN/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)以及GPS/INS/WSN組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行仿真。GPS/INS/WSN組合導(dǎo)航系統(tǒng)以INS為參考系統(tǒng),建立聯(lián)邦卡爾曼濾波進(jìn)行融合。仿真結(jié)果表明,GPS/INS/WSN組合導(dǎo)航系統(tǒng)比單一的GPS/INS以及WSN/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能更好。最后,基于GPS/INS/WSN組合定位系統(tǒng)的需求分析,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套GPS/INS/WSN車載定位系統(tǒng),包括系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、ARM程序設(shè)計(jì)以及ZigBee模塊的軟件開發(fā),用C++設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)程序來對(duì)車載定位系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的組合定位系統(tǒng)能夠提高農(nóng)機(jī)定位精度,滿足農(nóng)機(jī)精確定位需求。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S22;TP212.9;TN929.5
【圖文】：

位技術(shù)介紹 GPS 定位系統(tǒng)的原理以及誤差來源。位原理球定位系統(tǒng)）由美國(guó)軍方發(fā)起，旨在為美國(guó)軍隊(duì)提供全天58 年啟動(dòng)，經(jīng)過 6 年的研究正式投入使用。后來又經(jīng)過不斷全部 24 顆 GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)送部署，全球覆蓋率也達(dá)到系統(tǒng)的基本原理是同時(shí)測(cè)量多顆導(dǎo)航衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之位置信息以及多顆衛(wèi)星到接收機(jī)的距離就可以算出接收機(jī)如圖 2-1 所示。衛(wèi)星的實(shí)時(shí)位置是可以在衛(wèi)星星歷中查到用速度乘以時(shí)間得到的，信號(hào)傳播速度為光速，時(shí)間為測(cè)的時(shí)間同步，因此需要額外的一顆衛(wèi)星，也就是說 GPS 定夠同時(shí)接收到至少 4 顆衛(wèi)星。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第 10頁(yè)的協(xié)議棧 Z-Stack，Z-Stack 完整實(shí)現(xiàn)了 ZigBee 協(xié)議，符合 ZigBee 規(guī)范。ZigBee 協(xié)議是由層構(gòu)成的，各個(gè)層都有不同職責(zé)，每一層為其上層提供特定的服務(wù)，這些服務(wù)接入點(diǎn)由接口完成，服務(wù)接入點(diǎn)又是通過服務(wù)原語來完成的。ZigBee 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示：

圖 2-3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，由一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)終端設(shè)備組成，通訊網(wǎng)絡(luò)只存在協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備之間。樹狀網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器加上多個(gè)星狀結(jié)構(gòu)組合而成，各個(gè)設(shè)備只能同自己的父節(jié)點(diǎn)或子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信需要在樹狀路由上進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是在樹狀網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，不同于樹狀網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點(diǎn)都直接進(jìn)行互連。該結(jié)構(gòu)消息傳輸速率高、可靠性強(qiáng)，但存儲(chǔ)空間開銷較大。2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)根據(jù)定位形式可以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)分為兩種：基于測(cè)距的定位方法和無需測(cè)距的定位方法[29]�；跍y(cè)距的定位方法是通過測(cè)量盲節(jié)點(diǎn)到錨節(jié)點(diǎn)之間的距離或者角度來對(duì)盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位；而無需測(cè)距的定位方法則是直接根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連通性來計(jì)算盲節(jié)點(diǎn)的位置。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786873