[发明专利]一种面向智能农机的全地形全源组合导航系统

说明书

本发明公开了一种面向智能农机的全地形全源组合导航系统，涉及农业机械作业领域，包括激光雷达导航模块、北斗卫星导航模块、惯性导航模块、视觉导航模块、路径规划系统、数据管理模块、综合环境感知模块和导航模式切换模块；其中综合环境感知模块获取激光雷达导航系统与视觉导航系统提供的环境数据构建一个高精度电子地图，与导航数据进行地形匹配；数据管理模块其具体包括：数据处理单元、数据同步单元、数据发送单元、数据融合单元，提供高精度、高质量、优于单一传感器的导航数据；导航模式切换模块主要由光照强度传感器、卫星信号检测传感器与作业环境数据等构成，为导航模式切换的决策提供参考。

技术领域

本发明属于农机组合导航技术领域，具体涉及一种面向智能农机的全地形全源组合导航系统。

背景技术

目前农机导航存在导航模式单一、导航模式难以适应全地形等问题。我国智能农机目前大多采用IMU与GPS的组合模式。传统组合导航产品因天气、地形、精度等因素难以应用于农机领域。目前该组合模式在无遮挡的大田情况下已得到应用，但是在山区丘陵以及密植果园，由于植被作物以及地形原因，GPS信号易受遮挡，存在导航盲区，导致导航结果出错。且传统高精度惯性导航产品存在初始化时间较长、滤波方法有待提高、实际使用过程中存在跳变、不适用于长时间导航等问题，单一导航模式难以适应我国目前智能农业的要求。

目前我国农用机具难以适应全地形要求。为适应全地形要求，导航装置应具备提供全源数据的功能，根据环境因素与作业状况进行导航模式切换与导航数据融合，具备自动分析、综合，完成作业所需的估计与决策，实现作业全过程无人化要求。针对不同导航模式中的传感器，导航装置应具备数据纠错、数据同步能力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种面向智能农机的全地形全源组合导航系统。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种面向智能农机的全地形全源组合导航系统，包括激光雷达导航模块、北斗导航模块、惯性导航模块、视觉导航模块、路径规划模块、数据管理模块、综合环境感知模块和导航模式切换模块；

所述激光雷达导航模块、北斗导航模块、惯性导航模块和视觉导航模块的输出端并列设置且均与数据管理模块相连接；数据管理模块将接收到的信号处理后传递给导航模式切换模块进行模式切换；同时，激光雷达导航模块与视觉导航模块将采集到的环境感知数据传递给综合环境感知模块，综合环境感知模块对作业空间信息进行分析，并将数据传递给路径规划模块，路径规划模块将规划路径信息传出。

进一步的，所述激光雷达导航模块采用三维多线激光雷达，用于空间定位与障碍物检测，并提供相关作业环境参数，从而获得综合环境感知数据；北斗导航模块包括卫星天线与卫星信号接收机，采用单点北斗进行经纬度信息定位；惯性导航模块包含IMU和电子罗盘；所述惯性导航模块提供航向角度信息与磁偏角信息；视觉导航模块包括双目摄像头，双目摄像头进行被动信息导航且对环境无损，用于自然环境感知与视觉空间同步定位；视觉导航模块、激光雷达导航模块将采集到的环境感知数据传递给综合环境感知模块；综合环境感知模块生成高精度三维地图。

进一步的，所述数据管理模块包括数据处理单元、数据同步单元、数据发送单元和数据融合单元；数据管理模块针对各个传感器数据传输速率不统一、存在错误数据帧的情况进行数据速率的统一与错误数据帧的处理，针对组合导航模式中的多传感器进行有效数据融合。

进一步的，所述激光雷达导航模块、北斗导航模块、惯性导航模块、视觉导航模块为即插即用的便携组合，且具有统一的硬件与软件接口；综合环境感知模块进行作业区域的高精度电子地图生成；导航模式切换模块自主作业模式的选择与作业模式的切换；数据管理模块进行数据的同步、纠错、融合、发送。

进一步的，所述数据融合单元进行数据融合的步骤包括：首先对多个传感器信号平均值计算，随后对平均值信号方差估计；权系数计算后融合值计算。