專利名稱：一種航空噴藥機gps短時自差分導航方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及農業機械裝備在線檢測技術，特別是一種航空噴藥機短時自差分的高精度GPS導航方法及裝置。
背景技術：
我國歷年病蟲草害防治面積中水稻田約占34%，占總防治量的三分之一。長期以來水稻的病蟲草害防治主要依靠人力使用手動噴霧器和背負式機動噴霧機進行，不僅勞動強度大，作業質量差，而且作業效率低，難以適應迅速有效控制暴發性重大病蟲草害的要求，也已成為制約實現水稻全程機械化目標的主要技術瓶頸。航空噴霧是解決水稻田特殊的田間作業條件的有效手段，但是常規的固定翼飛機噴灑技術，作業高度高，霧滴漂移距離大，而且使用地點和時間受到很大的限制，不適合水田病蟲害防治要求。直升飛機特別是無人駕駛小型直升機技術的發展成熟，為解決水稻田施藥作業提供了新的施藥裝備載體。無人駕駛小型直升機具有作業高度低，飄移少，可空中懸停，無需專用起降機場，旋翼產生的向下氣流有助于增加霧流對作物的穿透性，防治效果高，遠距離遙控操作，噴灑作業人員避免了暴露于農藥的危險，提高了噴灑作業安全性等諸多優點，以其作為施藥裝備載體的超低空低量航空噴施技術已成為農藥噴灑技術的研究熱點之一。專利號為“ZL200920256505.9”、名稱為“基于單片機的智能超低空施藥控制系統”的中國實用新型專利，公開了一種通過單片機對噴藥飛機的噴藥裝置進行控制以及對噴藥裝置液位進行報警的控制系統，但沒有涉及如何有效地對無人噴藥飛機進行高精度導航的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，針對無人航空噴藥機進行高精度導航，以實現無人噴藥直升機的自主導航。為了實現上述目的，本發明提供了一種航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其中，包括如下步驟a、在航空噴藥機的機載GPS定位導航系統上設置飛行航線記錄模塊，并在所述飛行航線記錄模塊上裝載預設飛行航線；b、利用所述機載GPS定位導航系統設置飛行導航模塊，該飛行導航模塊隨所述航空噴藥機一同啟動，該飛行導航模塊根據差分法計算所述航空噴藥機的位置偏差，且對比該位置偏差與所述預設飛行航線，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其按照所述預設飛行航線飛行。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其中，還包括步驟c C、判斷所述航空噴藥機的噴藥作業是否結束，如噴藥作業結束，則退出所述飛行導航模塊；如噴藥作業沒有結束，則繼續執行步驟b。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其中，所述步驟b包括bl、利用所述機載GPS定位導航系統采集所述航空噴藥機的位置坐標，經差分計算得到所述航空噴藥機相對于起始點的位置偏差；b2、將所述位置偏差與所述預設飛行航線比較，并判斷是否偏離飛行航道；b3、若沒有偏離所述飛行航道，則返回步驟bl ；b4、若偏離所述飛行航道，則進行反饋調整糾偏，使所述航空噴藥機進入所述飛行航道；b5、返回步驟bl。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其中，所述步驟bl又包括bll、啟動所述航空噴藥機，并采集所述航空噴藥機的初始點位置坐標；bl2、所述航空噴藥機進入飛行軌道后，所述機載GPS定位導航系統給出所述航空噴藥機所在位置的GPS實時坐標；bl3、將GPS實時坐標與所述初始點位置坐標進行差分運算，得到所述航空噴藥機相對起始點在經度方向和緯度方向上的位置偏差。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其中，所述步驟b4又包括b41、計算偏離所述飛行航道的方向和距離，得到偏移量信息；b42、根據所述偏移量信息通過反饋控制系統調整所述航空噴藥機的飛行姿態；b43、消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其進入所述飛行軌道。為了更好地實現上述目的，本發明還提供了一種航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其中，包括安裝在所述航空噴藥機上的機載GPS定位導航系統，所述機載GPS定位導航系統上裝載有飛行航線記錄模塊及飛行導航模塊，所述飛行航線記錄模塊裝載有預設飛行航線，所述飛行導航模塊隨所述航空噴藥機一同啟動，該飛行導航模塊用于根據差分法計算所述航空噴藥機的位置偏差，且對比該位置偏差與所述預設飛行航線，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其按照所述預設飛行航線飛行。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其中，還包括一判斷模塊，所述判斷模塊與所述飛行導航模塊連接，用于判斷所述航空噴藥機的噴藥作業是否結束。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其中，所述飛行導航模塊包括數據采集計算單元，用于采集所述航空噴藥機的位置坐標，經差分計算得到所述航空噴藥機相對于起始點的位置偏差；航道比較與判斷單元，用于將所述位置偏差與所述預設飛行航線比較，并判斷是否偏離飛行航道；反饋調整糾偏單元，用于當所述航道比較與判斷單元判斷結果為偏離飛行航道時，使所述航空噴藥機進入所述飛行航道；返回單元，用于當所述航道比較與判斷單元判斷結果為沒有偏離飛行航道時，返回數據采集計算單元。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其中，所述數據采集計算單元又包括初始坐標采集單元，用于啟動所述航空噴藥機，并采集所述航空噴藥機的初始點位置坐標；實時坐標采集單元，用于所述航空噴藥機進入飛行軌道后，采集所述航空噴藥機所在位置的GPS實時坐標；
差分計算單元，將所述GPS實時坐標與所述初始點位置坐標進行差分運算，得到所述航空噴藥機相對起始點在經度方向和緯度方向上的位置偏差。上述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其中，所述反饋調整糾偏單元又包括偏移量計算單元，計算偏離所述飛行航道的方向和距離，得到偏移量信息；調整單元，根據所述偏移量信息通過反饋控制系統調整所述航空噴藥機的飛行姿態；糾偏單元，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其進入所述飛行軌道。本發明的技術效果在于本發明有效地解決了噴藥航空噴藥機高精度導航問題， 相應的導航設備具有結構簡單、成本低、精度高等優點。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖1為本發明的導航方法流程圖；圖2為本發明的導航裝置結構框圖。其中，附圖標記1機載GPS定位導航系統11飛行航線記錄模塊12飛行導航模塊121數據采集計算單元1211初始坐標采集單元1212實時坐標采集單元1213差分計算單元122航道比較與判斷單元123反饋調整糾偏單元1231偏移量計算單元1232調整單元1233糾偏單元124返回單元13判斷模塊a c、b2 b4、bll bl3、dl d3 步驟
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述參見圖1，圖1為本發明的導航方法流程圖。本發明的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，包括如下步驟a、在航空噴藥機的機載GPS定位導航系統上裝載預設飛行航線；b、利用所述機載GPS定位導航系統設置飛行導航模塊，該飛行導航模塊隨所述航空噴藥機一同啟動，該飛行導航模塊根據差分法計算所述航空噴藥機的位置偏差，且對比
6該位置偏差與所述預設飛行航線，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其按照預設飛行航線飛行。為了更好地實現自動導航，還可包括步驟c C、判斷所述航空噴藥機的噴藥作業是否結束，如噴藥作業結束，則退出所述飛行導航模塊；如噴藥作業沒有結束，則繼續執行步驟b。其中，所述步驟b包括bl、利用所述機載GPS定位導航系統采集所述航空噴藥機的位置坐標，經差分計算得到所述航空噴藥機相對于起始點的位置偏差；
航道；
1^2、將所述位置偏差與所述預設飛行航線比較，并判斷是否偏離飛行航道； b3、若沒有偏離所述飛行航道，則返回步驟bl ；
b4、若偏離所述飛行航道，則進行反饋調整糾偏，使所述航空噴藥機進入所述飛行
b5、返回步驟bl。 其中，所述步驟bl又包括
bll、啟動所述航空噴藥機，并采集所述航空噴藥機的初始點位置坐標； bl2、所述航空噴藥機進入飛行軌道后，所述機載GPS定位導航系統給出所述航空噴藥機所在位置的GPS實時坐標；bl3、將GPS實時坐標與所述初始點位置坐標進行差分運算，得到所述航空噴藥機相對起始點在經度方向和緯度方向上的位置偏差。其中，所述步驟b4又包括
b41、計算偏離所述飛行航道的方向和距離，得到偏移量信息；
b42、根據所述偏移量信息通過反饋控制系統調整所述航空噴藥機的飛行姿態；
b43、消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其進入所述飛行軌道。 為了實現預定區域的噴藥作業，需要對事先設定好航空噴藥機的飛行航線。包括起點、終點以及飛行過程中各點的坐標。無人航空噴藥機在噴藥作業過程中，航線由航路點及相臨兩個航路點之間的線段組成。利用GPS導航的方法實時測得航空噴藥機的當前位置，從而求得航空噴藥機偏離航線的側偏航距離及側偏航距離的變化速率，依側偏航距離及側偏航距離的變化率產生指令控制副翼通過傾斜偏航，最終消除側偏距。為計算側偏距離Sg,需要進行航空噴藥機當前位置的大地坐標與空間直角坐標之間的轉換。GPS測量的數據屬于WGS-84系的，為準確定位，需要轉化為BJ-M系。 大地坐標系由大地緯度B、大地經度L和大地高H所構成的坐標系統。空間直角坐標的坐標原點位于地球橢球質心，X軸，Y軸，Z軸組成笛卡兒坐標系。對于同一空間點，大地坐標系與空間直角坐標系有下列轉換關系為 (n + H)cos B cos L
式α)
'X'Y=Z
(n + H)cosBsinL (n(l-e2)+H)sinB其中，e為大地坐標系對應第一偏心率，η為該點的卯酉圈曲率半徑。它們的計算公式為e = ^-(卜/)2 式⑵
權利要求
1.一種航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其特征在于，包括如下步驟a、在航空噴藥機的機載GPS定位導航系統上設置飛行航線記錄模塊，并在所述飛行航線記錄模塊上裝載預設飛行航線；b、利用所述機載GPS定位導航系統設置飛行導航模塊，該飛行導航模塊隨所述航空噴藥機一同啟動，該飛行導航模塊根據差分法計算所述航空噴藥機的位置偏差，且對比該位置偏差與所述預設飛行航線，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其按照所述預設飛行航線飛行。
2.如權利要求1所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其特征在于，還包括步驟c C、判斷所述航空噴藥機的噴藥作業是否結束，如噴藥作業結束，則退出所述飛行導航模塊；如噴藥作業沒有結束，則繼續執行步驟b。
3.如權利要求1或2所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其特征在于，所述步驟b包括bl、利用所述機載GPS定位導航系統采集所述航空噴藥機的位置坐標，經差分計算得到所述航空噴藥機相對于起始點的位置偏差；b2、將所述位置偏差與所述預設飛行航線比較，并判斷是否偏離飛行航道； b3、若沒有偏離所述飛行航道，則返回步驟bl ；b4、若偏離所述飛行航道，則進行反饋調整糾偏，使所述航空噴藥機進入所述飛行航道；b5、返回步驟bl。
4.如權利要求3所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其特征在于，所述步驟 bl又包括bll、啟動所述航空噴藥機，并采集所述航空噴藥機的初始點位置坐標； bl2、所述航空噴藥機進入飛行軌道后，所述機載GPS定位導航系統給出所述航空噴藥機所在位置的GPS實時坐標；bl3、將GPS實時坐標與所述初始點位置坐標進行差分運算，得到所述航空噴藥機相對起始點在經度方向和緯度方向上的位置偏差。
5.如權利要求3所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航方法，其特征在于，所述步驟 b4又包括b41、計算偏離所述飛行航道的方向和距離，得到偏移量信息；b42、根據所述偏移量信息通過反饋控制系統調整所述航空噴藥機的飛行姿態；b43、消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其進入所述飛行軌道。
6.一種航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其特征在于，包括安裝在所述航空噴藥機上的機載GPS定位導航系統，所述機載GPS定位導航系統上裝載有飛行航線記錄模塊及飛行導航模塊，所述飛行航線記錄模塊裝載有預設飛行航線，所述飛行導航模塊隨所述航空噴藥機一同啟動，該飛行導航模塊用于根據差分法計算所述航空噴藥機的位置偏差，且對比該位置偏差與所述預設飛行航線，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其按照所述預設飛行航線飛行。
7.如權利要求6所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其特征在于，還包括一判斷模塊，所述判斷模塊與所述飛行導航模塊連接，用于判斷所述航空噴藥機的噴藥作業是否結束。
8.如權利要求6或7所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其特征在于，所述飛行導航模塊包括數據采集計算單元，用于采集所述航空噴藥機的位置坐標，經差分計算得到所述航空噴藥機相對于起始點的位置偏差；航道比較與判斷單元，用于將所述位置偏差與所述預設飛行航線比較，并判斷是否偏離飛行航道；反饋調整糾偏單元，用于當所述航道比較與判斷單元判斷結果為偏離飛行航道時，使所述航空噴藥機進入所述飛行航道；返回單元，用于當所述航道比較與判斷單元判斷結果為沒有偏離飛行航道時，返回數據采集計算單元。
9.如權利要求8所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其特征在于，所述數據采集計算單元又包括初始坐標采集單元，用于啟動所述航空噴藥機，并采集所述航空噴藥機的初始點位置坐標；實時坐標采集單元，用于所述航空噴藥機進入飛行軌道后，采集所述航空噴藥機所在位置的GPS實時坐標；差分計算單元，將所述GPS實時坐標與所述初始點位置坐標進行差分運算，得到所述航空噴藥機相對起始點在經度方向和緯度方向上的位置偏差。
10.如權利要求8所述的航空噴藥機GPS短時自差分導航裝置，其特征在于，所述反饋調整糾偏單元又包括偏移量計算單元，計算偏離所述飛行航道的方向和距離，得到偏移量信息； 調整單元，根據所述偏移量信息通過反饋控制系統調整所述航空噴藥機的飛行姿態； 糾偏單元，消除所述航空噴藥機的位置偏差，使其進入所述飛行軌道。
全文摘要
一種航空噴藥機GPS短時自差分導航方法及裝置，利用通用GPS，通過記錄航空噴藥機起飛時所在位置的GPS坐標作為差分基準坐標，在航空噴藥機作業過程中按此起始點的GPS坐標進行差分運算，得到航空噴藥機相對起始點在經度方向和緯度方向上的位置偏差，對比事先設定的作業路徑，通過位置控制對噴藥飛機進行高精度導航。本發明為解決噴藥飛機高精度導航問題提供了一條有效途徑，相應的導航設備具有結構簡單、成本低、精度高等優點。
文檔編號A01M7/00GK102375150SQ20101026444
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者張小超, 苑嚴偉 申請人:中國農業機械化科學研究院