资源描述：
第 nullnull 卷第 null 期 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 西 南 大 学 学 报 自然科学版 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 年 null 月 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 王法安 宋杰 张兆国 等 null温室环境下 nullnullnull nullnullnull紧组合鲁棒自适应 nullnullnull定位算法 null null西南大学学报 自然科学版 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull 温室环境下 nullnullnull nullnullnull 紧组合鲁棒 自适应 nullnullnull 定位算法 王法安 null null 宋杰 null null 张兆国 null null 蒋仕飞 null 张付杰 null null null 曾凯威 null null 叶凌睿 null nullnull昆明理工大学 现代农业工程学院 云南 昆明 nullnullnullnullnullnull nullnull云南烟草机械有限责任公司 云南 昆明 nullnullnullnullnullnull nullnull玉溪新天力农业装备制造有限公司 云南 玉溪 nullnullnullnullnullnull 摘要 针对设施农业温室大棚内作业平台定位中全球导航卫星定位系统 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 不可用 超宽带 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 易受骨架和栽培架遮挡影响的问题 构建基于 nullnullnull和惯性测量单 元 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 紧组合定位模型 设计了一种温室环境下 nullnullnull nullnullnull紧组合鲁棒自适应扩展 卡尔曼滤波定位算法 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 算法以归一化新息为 判据 对异常量测采用权函数进行软约束处理 并在滑动窗口内估计新息协方差 联合调整观测噪声与过程噪声协 方差 以减弱非视距 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 测距误差和噪声先验失配对滤波增益的影响 依托温室单跨环境 下的 nullnullnull nullnullnull仿真平台 在设置骨架遮挡与 nullnullnullnull路段的条件下 将该算法与传统扩展卡尔曼滤波 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 和改进自适应 nullnullnull nullnullnullnullnull 进行对比 结果表明 在相同模型与初始条件下 所提算法的二 维位置 nullnullnullnull由 nullnullnullnullnullnull降至 nullnullnullnullnullnull 最大位置误差由 nullnullnullnullnullnull降至 nullnullnullnullnullnull 二维速度 nullnullnullnull由 nullnullnullnullnullnull null 降至 nullnullnullnullnullnull null 位置与速度误差分布更加集中 温室遮挡区段的轨迹波动明显减小 可提高设施农业环境中移动 平台的定位精度与稳定性 关 null 键 null 词 超宽带 惯性测量单元 紧组合定位 新息统计 自适 应扩展卡尔曼滤波 中图分类号 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 文献标识码 null 文 章 编 号 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 收稿日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基金项目 国家自然科学基金项目 nullnullnullnull 云南省应用基础研究项目 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 云南省重大科技专项 计划项目 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 生物种业和农产品精深加工专项 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 昆明理工大学人才培 养基金项目 nullnullnullnullnullnullnullnull 作者简介 王法安 博士 讲师 硕士研究生导师 主要从事智能农业机械设计研究 通信作者 张兆国 教授 博士研究生导师 nullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 随着设施农业的快速发展 温室 大棚和植物工厂等作业环境对作物生长状态监测 农机作业调度和 自动化作业路径规划的依赖不断增强 移动平台 喷杆机 轨道运输小车等装备对高精度位置与姿态信息 的需求愈发突出 null nullnull 然而 此类作业环境通常为封闭或半封闭结构 全球导航卫星定位系统 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 信号严重衰减甚至完全不可用 即便采用 nullnullnullnull nullnullnull 组合导航 也难以在 棚内 棚间提供连续可靠的定位服务 null nullnullnull 在这类场景中 超宽带 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 依靠纳秒级脉冲和较大带宽 在视距 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 条件下能够提供较高精度的测距能力 且系统结构相对简单 已在温室移动平台 设施园艺自动运 输系统等领域逐步应用 但在大棚骨架 栽培架 金属管道和作业人员遮挡情况下 测距中会出现显著 的非视距 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 正偏差 单纯依赖 nullnullnull 几何定位容易产生 拖尾 跳点 等现象 导致农机或作业平台轨迹不稳定 nullnull nullnullnull 低成本微机电系统惯性 测 量 单 元 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 具有短时间连续性好 对遮挡不敏感的优点 适合在农机作业过程中提供高频运动信息 但零偏 和随机噪声会随时间积累 难以独立长期使用 将 nullnullnull 与 nullnullnull 进行紧组合 利用 nullnullnull 对惯导漂移进 nullnullnull 第 null 期 nullnullnullnull null 王法安 等 温室环境下 nullnullnull nullnullnull 紧组合鲁棒自适应 nullnullnull 定位算法 行约束 并借助运动学模型对异常测距进行一致性检查 已成为设施农业环境中获取连续高精度位姿信 息的重要技术路线之一 nullnull nullnullnull 现有 nullnullnull nullnullnull 组合定位研究已取得诸多成果 例如 丁俊杰等 nullnull 面向设施园艺场景遮挡严重导致 的定位精度与稳定性问题 构建 nullnullnull nullnullnull 组合定位系统 并提出自适应抗差组合定位算法 nullnullnullnullnull 在对比多种滤波方法时给出了更低的 nullnullnullnull 并显著优于单传感器定位 王凯等 nullnull 针对煤矿无人驾驶车辆 跨 地面 null 斜井 null 井下 全流程定位 设计了 nullnullnullnull nullnullnull 融合 nullnullnull 的无缝系统 并提出以 模型切换延 时 作为评价指标 井下部分采用 nullnullnull nullnullnull 紧组合并以误差状态卡尔曼滤波 nullnullnullnull 进行优化 进一步 采用模糊自适应改进交互式多模型 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 提升了定位精度 满足无缝切换时延要求 谭兴龙 等 nullnull 针对 nullnullnullnull 误差与传感器杆臂双重影响 提出 强局部加权回归 的 nullnullnullnull 识别与抑制 并在抗差奇 异值分解无迹滤波算法 nullnullnullnullnullnullnull 框架下引入 nullnullnullnullnull 抗差迭代 实现杆臂估计 补偿与融合定位 杨秀建 等 nullnull 面向 nullnullnullnull 拒止且 nullnullnull 与 nullnullnullnullnull 均易退化的复杂环境 nullnullnullnull 与点云特征稀疏环境 提出利用 nullnullnull nullnullnull 与 nullnullnull 互补的 时变因子重定位 并引入 null 种运动模型与无迹卡尔曼滤波 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull 再通过交互式多模型 null 无迹卡尔曼滤波算法 nullnullnullnullnullnullnull 解算出最终位置 黄卫华等 nullnull 针对 复杂环境下 nullnullnull 的 nullnullnullnull 与随机误差 提出基于改进 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 的 nullnullnull nullnullnull 组合定位思 路 通过滤波器噪声统计量更新提升鲁棒性与适应性 上述方法在一定程度上缓解了 nullnullnullnull 和噪声失配问 题 但仍存在以下不足 一是大多数方法仅仅针对观测噪声协方差进行经验式的离线调参 对统计特性显 著时变的复杂环境适应性有限 二是滤波器内部未对新息统计特性进行系统建模与鲁棒处理 仍可能出现 滤波发散或轨迹剧烈活动的情况 针对上述问题 本文提出一种基于鲁棒新息统计的 nullnullnull nullnullnull 紧组合扩展卡尔曼滤波定位算法 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 核心思路是提出基于归一化新息统 计的异常观测检测与鲁棒加权策略 通过引入带阈值的权函数对新息进行重加权 实现对 nullnullnullnull 异常测距 的软抑制 避免简单丢弃观测带来的信息浪费 设计新息协方差驱动的双通道自适应机制 一方面利用滑 动窗口归一化新息估计观测噪声协方差 修正 nullnullnull 测距噪声的时变特性 另一方面利用新息长期偏离程 度对过程噪声协方差进行渐进调节 提高对 nullnullnull 建模误差与环境扰动的适应能力 结合履带式试验车的 室内轨迹试验 对比传统扩展卡尔曼滤波 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 改进自适应 nullnullnull nullnullnullnullnull 与 本文方法在 nullnullnull 和 nullnullnullnull 场景下的表现 量化分析所提算法在精度 鲁棒性和收敛性方面的优势 nullnull 组合导航系统建模 nullnullnullnull 坐标系与运动假设 考虑以设施农业中的平面运动场景为主 引入下列坐标系 导航坐标系 null 平面直角坐标系 为右手 系 记为 nul
展开阅读全文
