基于SMARTHEADING农机导航入线装置及方法.pdf

本发明涉及基于Smart Heading农机导航入线装置及方法。该装置包括安装在农机顶部的两根GNSS天线、与GNSS天线连接的GNSS模块，所述GNSS模块与所述农机的控制器连接，两条GNSS天线以农机的中轴线为对称轴形成轴对称分布；所述GNSS模块用于根据两条GNSS天线的信号计算得到航向角，以及根据任意一条GNSS天线的信号计算得到倾斜角，并将所述航向角和倾斜角输出至控制器；所述倾斜角为GNSS天线与水平地面之间的夹角；所述控制器用于根据倾斜角计算得到修正值，以根据所述修正值使预设的行驶路径与农机实时行驶路径进行重合，以及用于根据航向角对农机的行驶方向进行控制。本发明在农机静止的时候，就可以得到农机当前的倾斜和航向状态，从而根据倾斜和航向状态就可以使农机快速入线。

权利要求书
1.  基于Smart Heading农机导航入线装置，其特征在于，包括安装 在农机顶部的两根GNSS天线、与GNSS天线连接的GNSS模块，所 述GNSS模块与所述农机的控制器连接，两条GNSS天线以农机的 中轴线为对称轴形成轴对称分布；所述GNSS模块用于根据两条 GNSS天线的信号计算得到航向角，以及根据任意一条GNSS天线的 信号计算得到倾斜角，并将所述航向角和倾斜角输出至控制器； 所述倾斜角为GNSS天线与水平地面之间的夹角；所述控制器用于 根据倾斜角计算得到修正值，以根据所述修正值使预设的行驶路 径与农机实时行驶路径进行重合，以及用于根据航向角对农机的 行驶方向进行控制；其中，修正值的计算如下：d＝h*tanA+L/2，d 为修正值，h为GNSS天线到地面的高度，A为倾斜角，L/2为任意 一根GNSS天线与对称轴之间的距离。

2.  如权利要求1所述的基于Smart Heading农机导航入线装置，其 特征在于，所述控制器还连接有3G天线和电台天线。

3.  基于Smart Heading农机导航入线方法，其特征在于，应用于如 权利要求1或2所述的基于Smart Heading农机导航入线装置中， 其包括以下步骤：
步骤1、当农机开始工作时，GNSS模块根据两条GNSS天线的 信号计算得到航向角，以及根据任意一条GNSS天线的信号计算得 到倾斜角，并将所述航向角和倾斜角输出至控制器；
步骤2、控制器根据倾斜角计算得到修正值，以根据所述修正 值使预设的行驶路径与农机实时行驶路径进行重合，以及根据航 向角对农机的行驶方向进行控制；其中，修正值的计算如下： d＝h*tanA+L/2，d为修正值，h为GNSS天线到地面的高度，A为倾 斜角，L/2为任意一根GNSS天线与对称轴之间的距离。

说明书基于Smart Heading农机导航入线装置及方法
技术领域
本发明涉及农业机械导航技术。
背景技术
全球定位系统(Global Position System，简称GPS)具有全天 候、高精度、自动化等显著特点，为地理地籍信息采集提供了较为成 熟的定位技术。其中，单GPS系统的定位精度优于10米，而采用差 分全球定位系统(Difference Global Positioning System，简称 DGPS)技术，利用已知精确三维坐标的差分GPS基准台求得DGPS差 分数据，再将该差分数据实时或事后发送给用户接收机，对用户的测 量数据进行误差修正，定位精度可达厘米级和毫米级。
精准农业(Precision Agriculture)是当今世界农业发展的新 潮流，是由信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施 一整套现代化农事操作技术与管理的系统，采用高精度自动导航驾驶 系统，可自动选择作物品种、可按处方图调节播量和播深的谷物精密 播种机；可自动选择调控两种化肥配比的自动定位施肥机和自控喷药 机，可以在起垄，播种，收割等实现厘米级的精度，使得农作物生长 按照研究优化后的间距进行灌溉，生产，实现收获最大化的目的。
已有的车载导航需要依靠全球定位系统(GPS)来确定车辆的位 置。最基本的，GPS需要知道汽车的经度和纬度。在某些特殊情况下， GPS还要知道海拔高度才能准确定位。有了这三组数据，GPS定位的 准确性经常就可以达到2～3米。
现有技术的缺点是在车辆停止时，由于陀螺仪误差会累计增加， 导致计算出来的航向角度误差在增加，从而在入线的时候容易偏离轨 迹。也就是说，国内农机目前在作业时候速度行驶比较缓慢，且在地 头会频繁掉头，停车，在车辆停止时，系统无法判断车辆下一时刻的 行驶方向，所以在启动时候容易出现车辆方向不明确问题，从而导致 车辆启动时候未按照预设路径方向入线，直观的看到就是车辆走了一 个弯才开始沿着预设路径行驶。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于Smart Heading农机导航入线装 置，其能解决农机在停止后重新起步的时候，入线的时候容易偏移轨 迹的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
基于Smart Heading农机导航入线装置，其包括安装在农机顶部 的两根GNSS天线、与GNSS天线连接的GNSS模块，所述GNSS模块与 所述农机的控制器连接，两条GNSS天线以农机的中轴线为对称轴形 成轴对称分布；所述GNSS模块用于根据两条GNSS天线的信号计算得 到航向角，以及根据任意一条GNSS天线的信号计算得到倾斜角，并 将所述航向角和倾斜角输出至控制器；所述倾斜角为GNSS天线与水 平地面之间的夹角；所述控制器用于根据倾斜角计算得到修正值，以 根据所述修正值使预设的行驶路径与农机实时行驶路径进行重合，以 及用于根据航向角对农机的行驶方向进行控制；其中，修正值的计算 如下：d＝h*tanA+L/2，d为修正值，h为GNSS天线到地面的高度，A 为倾斜角，L/2为任意一根GNSS天线与对称轴之间的距离。
优选的，所述控制器还连接有3G天线和电台天线。
本发明还提出一种农机导航入线方法，其应用于如上所述的基于 Smart Heading农机导航入线装置中，其包括以下步骤：
步骤1、当农机开始工作时，GNSS模块根据两条GNSS天线的信 号计算得到航向角，以及根据任意一条GNSS天线的信号计算得到倾 斜角，并将所述航向角和倾斜角输出至控制器；
步骤2、控制器根据倾斜角计算得到修正值，以根据所述修正值 使预设的行驶路径与农机实时行驶路径进行重合，以及根据航向角对 农机的行驶方向进行控制；其中，修正值的计算如下：d＝h*tanA+L/2， d为修正值，h为GNSS天线到地面的高度，A为倾斜角，L/2为任意 一根GNSS天线与对称轴之间的距离。
本发明具有如下有益效果：
农机在地头停止起步的时候，可以有精确的航向信息，通过计算 后将当前位置信息纠正到预设路径上，结合控制器控制液压设备，从 而保证农机入线时候快速而准确，有效解决地头转弯的问题。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的基于Smart Heading农机导航入线装 置的原理示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种基于Smart Heading农机导航入线装置，其包 括安装在农机顶部的两根GNSS天线、与GNSS天线连接的GNSS模块， 所述GNSS模块与所述农机的控制器连接。所述控制器还连接有3G天 线和电台天线。本实施例的农机可以是拖拉机。
两条GNSS天线以农机的中轴线为对称轴形成轴对称分布。当农 机没有发生倾斜时，所述对称轴随农机行驶形成的路径与预设的行驶 路径重合。所述对称轴可以是农机的中轴线。农机的导航及控制过程 与现有技术相同，例如，GNSS模块通过GNSS天线接收来自天基的卫 星信号，控制器通过3G天线或者电台天线接收来自基站的差分信号， 再通过控制器的运算得到高精度的RTK解，再通过串口将数据输出给 液压设备，从而控制农机按厘米级精度行驶。
本实施例的改进在于设置了两条GNSS天线。具体的，所述GNSS 模块用于根据两条GNSS天线的信号计算得到航向角，以及根据任意 一条GNSS天线的信号计算得到倾斜角，并将所述航向角和倾斜角输 出至控制器；所述倾斜角为GNSS天线与水平地面之间的夹角；所述 控制器用于根据倾斜角计算得到修正值，以根据所述修正值使预设的 行驶路径与农机实时行驶路径进行重合，以及用于根据航向角对农机 的行驶方向进行控制；其中，修正值的计算如下：d＝h*tanA+L/2，d 为修正值，h为GNSS天线到地面的高度，A为倾斜角，L/2为任意一 根GNSS天线与对称轴之间的距离，需要说明的是，在农机发生倾斜 时，h也认为不变，即h在水平或者倾斜时均为同一固定值。当农机 相对地面水平行驶时，夹角为0，d＝L/2,即沿着农机的中轴线行驶， 当农机发生倾斜时，夹角发生变化，此时便要在L/2的基础加上 h*tanA作为修正值返回GNSS模块进行路径修正。
实际上，农机在农地上停止时，由于地面不平，会出现倾斜，并 且农机停止后，如果是单GNSS天线的GNSS模块是无法判断方向的， 倾斜角度可以由单根GNSS天线提供，并由GNSS模块计算得到，航向 角可以由两根GNSS天线提供。航向角和倾斜角的计算都是能够根据 GNSS模块的现有算法计算得到，无需重新设计。控制器根据倾斜角 就可以知道农机中轴线与预设的行驶路径之间偏差有多少，根据修正 值就可以马上将实际行驶路径校正回农机的中轴线上，然后再结合航 向角，就可以使农机快速按照预设的行驶路径进行行驶，而不需要像 现有技术那边需要农机启动后一段时间才能判断行驶方向。
本实施例还提出一种农机导航入线方法，其应用于本实施例的基 于Smart Heading农机导航入线装置中，其包括以下步骤：
步骤1、当农机开始工作时，即农机从停止又开始启动时，GNSS 模块根据两条GNSS天线的信号计算得到航向角，以及根据任意一条 GNSS天线的信号计算得到倾斜角，并将所述航向角和倾斜角输出至 控制器；
步骤2、控制器根据倾斜角计算得到修正值，以根据所述修正值 使预设的行驶路径与农机实时行驶路径进行重合，以及根据航向角对 农机的行驶方向进行控制；其中，修正值的计算如下：d＝h*tanA+L/2， d为修正值，h为GNSS天线到地面的高度，A为倾斜角，L/2为任意 一根GNSS天线与对称轴之间的距离。
本实施例在农机静止的时候，就可以得到农机当前的倾斜和航向 状态，从而根据倾斜和航向状态就可以使农机快速入线。
本实施例可以与农机的车载终端集成在一起。并且适用于操作系 统为安卓、IOS、WP等的车载终端中。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构 思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形 都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。