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拖拉机导向轮偏转角度测量的精度和稳定性直接影响拖拉机自动导航作业时的精度和稳定性。目前拖拉机主要采用传统的角度传感器来测量拖拉机导向轮偏转角度,但拖拉机的转向过程十分复杂,传统的角度传感器测量导向轮偏转角度满足不了实际生产中高精度、高稳定性和简化安装调试过程的需求。因此,本文提出一种基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)的拖拉机导向轮偏转角度测量系统对拖拉机导向轮的实时动态角度进行测量,以解决角度传感器精度、稳定性简化安装调试及GNSS短时间信息丢失问题。对GNSS、INS的原理和卡尔曼、扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波算法进行理论分析,设计台架试验并对试验结果进行滤波处理,以精度、稳定性和延迟时间为评判标准确定最优滤波算法,最后将基于GNSS/INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统应用于自动导航系统中进行田间试验。本文以国家重点研发计划项目——农机作业北斗自动导航控制技术与装置项目为依托开展研究。具体研究内容和结果如下:(1)为了解决GNSS易出现短时间信号丢失和INS系统随时间的增长迭代误差增大而无法保障自动导航系统长时间精确行驶的问题,本文提出了以INS为拖拉机试验平台的基础系统,GNSS为辅助系统构成的GNSS/INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统。(2)设计并进行了大角度右偏、大角度左偏、S形曲线行驶的三种基于GNSS/INS的拖拉机偏转角度测量系统的台架对比试验。对台架试验结果分别进行卡尔曼、扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波处理,以滤波后曲线与角度传感器测量曲线偏离程度作为滤波算法精度评判标准,以滤波曲线平滑度作为滤波算法稳定性评判标准,对三条滤波曲线和角度传感器真实测量曲线对比分析,最终确定无迹卡尔曼滤波为最优滤波算法作为自动导航系统的内置算法进行田间试验。(3)针对本文提出的基于GNSS和INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统,设计了沥青路面和农田环境两种工况下的转向性能测试试验和直线自动导航性能测试试验。通过转向性能测试试验,测试本文提出的导向轮偏转角度测量系统在进行1°、5°和15°固定角度测量时的精度、稳定性和延迟时间;通过直线自动导航性能测试试验,分析导向轮偏转角度测量系统在拖拉机进行直线自动导航作业时的应用效果。直线自动导航性能测试试验结果表明:在沥青路面条件下横向偏差均值为0.102cm,标准差为0.371cm,横向偏差最大值为1.751cm,直线自动导航系统误差为1.045cm(2σ);农田环境条件下横向偏差均值为0.687cm,标准差为0.498cm,横向偏差最大值为1.852cm,直线自动导航系统误差为2.107cm(2σ)。因此,本文提出的基于GNSS和INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统解决了角度传感器安装难、校准难和角度传感器因机械连接而易损坏问题和GNSS短时间内信号丢失、INS系统误差随时间增长误差增大问题,可以应用于自动导航系统进行导航作业。