基于北斗的農(nóng)用無人機自主導航方法研究.pdf

1、目前無人機自主導航方法大多采用慣性導航與全球定位系統(tǒng)相結(jié)合的方式，而采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的自主導航方法較少。本文主要針對當前我國農(nóng)用無人機自主導航方法的應用需求，采用北斗衛(wèi)星導航與慣性導航相結(jié)合的方式，組裝搭建了四旋翼無人機自主導航實驗平臺，設計了基于北斗的農(nóng)用無人機自主導航系統(tǒng)，并在實驗室環(huán)境和室外大田環(huán)境下進行懸停試驗和自主導航飛行試驗，經(jīng)試驗優(yōu)化與驗證，初步實現(xiàn)了農(nóng)用無人機的自主導航。
　　本文的主要研究內(nèi)容及成果如下:

2、r>　　(1)在分析現(xiàn)有農(nóng)用無人機自主導航系統(tǒng)存在不足的基礎上，結(jié)合農(nóng)業(yè)中無人機相關(guān)應用方面的具體需求，選取四旋翼無人機飛行平臺作為硬件平臺進行組裝搭建。自主導航飛行平臺主要由飛行控制模塊、慣性測量模塊、北斗模塊、驅(qū)動模塊和通信模塊組成。通過對各模塊進行設計及安裝調(diào)試，組裝搭建了四旋翼無人機自主導航飛行平臺。在硬件平臺基礎上，對基于北斗的農(nóng)用無人機自主導航系統(tǒng)進行飛行試驗驗證，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定自主飛行。
　　(2)針對現(xiàn)有低成本北斗模

3、塊定位精度不高，不能滿足農(nóng)用無人機定位精度要求，本文對比分析了兩種提高農(nóng)用無人機定位精度的算法，加權(quán)最小二乘算法和擴展卡爾曼濾波算法。分別采用這兩種算法對北斗定位數(shù)據(jù)進行算法優(yōu)化，并對優(yōu)化后數(shù)據(jù)進行對比及軌跡仿真。仿真優(yōu)化結(jié)果表明，擴展卡爾曼濾波算法相比而言具有更好的優(yōu)化效果，通過構(gòu)建擴展卡爾曼濾波器對農(nóng)用無人機定位精度進行優(yōu)化，優(yōu)化后無人機定位精度可達3.07m，平均定位誤差為1.05m，初步滿足農(nóng)用無人機實際工作時的定位需求。

4、>　　(3)針對農(nóng)用無人機作業(yè)環(huán)境的實際需要和使用要求，選取PID控制算法來進行飛行控制，最大-最小蟻群算法來進行路徑規(guī)劃，與提高無人機定位精度的擴展卡爾曼濾波算法共同組成了無人機自主導航系統(tǒng)的軟件部分。經(jīng)懸停試驗和自主導航飛行試驗驗證，本文所設計的自主導航系統(tǒng)可實現(xiàn):自主導航飛行時，垂直方向上，高度最大誤差為2.98m，水平方向上，經(jīng)緯度最大誤差為3.65m，平均誤差為1.81m。初步實現(xiàn)了農(nóng)用無人機的自主導航，基本滿足農(nóng)用無人機的實