随着我国现代农业科技进步和发展,联合收获机在近年来得到了迅速的推广和广泛的使用。联合收获机在收获过程中,驾驶员主要依靠主观经验进行作业控制,这对驾驶员的操作经验和精力要求较高,尤其在农忙抢收时,高强度作业容易导致疲劳作业,作业效率低下,甚至造成安全隐患。因此为提高联合收获机的作业效率和质量,减轻驾驶员的工作压力,保障作业安全,针对目前研究的联合收获机导航系统普遍需要采用基站,系统复杂,成本高昂等现状,本文基于北斗定位系统对联合收获机的位置获取与作业路径跟踪方法开展研究,构建作业路径跟踪系统,无基站定位,能够根据实时作业情况更新路径,具有系统简单,成本低,实用性强等优点。通过场地试验和田间试验验证系统直线作业跟踪性能,并进行室内转向控制模拟试验,验证转向修正方法的可行性。本文通过分析联合收获机的作业特点,结合北斗定位技术、嵌入式技术、地理测量技术、数据处理方法以及自动控制方法,构建联合收获机作业路径跟踪与辅助导航系统,系统由主控制器、北斗定位模块、角度传感器、语音播报、显示屏、转向控制、总线通讯以及接口电路等组成。主控制器通过北斗定位模块实时获取联合收获机的原始定位信息,通过融合解算处理,将实时位置与规划路径对比,得到作业偏差信息;驾驶员手动操作时,系统通过显示屏与语音方式给出偏差提示信息;自动模式下,控制器驱动转向控制模块控制作业方向。针对单北斗定位模块(简称“BDS”)定位信息波动大且可靠性低的情况,采用多BDS同步观测的方法实时监测联合收获机作业位置,研究定位信息获取及预处理方法、联合收获机作业路径跟踪与转向修正方法。首先采用带航迹修正的野值处理方法,在传统动态滤波算法中引入航迹修正,得到完整的定位数据;然后根据相对距离差建立关系矩阵,解算多BDS定位结果;其后通过卡尔曼滤波得到最终定位数据;再基于联合收获机作业特点,采用作业基准线的方式规划作业路径,根据作业情况对路径实时更新,得到作业路径跟踪实时偏差数据;最后依据建立的转向控制规则设计转向修正方法,实现转向修正。根据系统设计要求,结合联合收获机定位信息获取与路径跟踪方法,基于嵌入式微控制器设计了系统软硬件。设计的硬件包括主控制器输入输出端口配置、北斗定位模块及其应用电路、角度传感器及其接口电路、人机交互模块及其应用电路、CAN通讯接口电路、稳压电源电路、转向控制模块以及其它接口电路等。设计的软件包括系统主程序、定位信息的采集与预处理程序、路径规划与更新程序、实时跟踪程序、人机交互程序、转向修正程序、总线通信程序等。通过室内与田间试验相结合的方法开展试验验证。试验结果表明,在无基站的情况下,在联合收获机驾驶室顶部以三角阵列安装北斗定位模块,联合收获机作业路径跟踪与辅助导航系统能实时监测作业位置,规划和更新作业路径,显示偏差信息,基本达到了预期设计要求。通过室内转向控制模拟试验验证了转向控制方法的可行性。提供的一种结构简单,无专用基站的联合收获机作业跟踪与辅助导航系统和方法具有应用价值,有助于降低导航系统成本,提高联合收获机作业效率和质量。