[发明专利]一种温室大范围高精度定位系统与方法

说明书

本发明公开了一种温室大范围高精度定位系统与方法，由一维程控移动激光定位系统、三维UWB差分定位系统和融合定位控制系统组成。一维程控移动激光定位系统采集吊轨小车的一维定位信号，三维UWB差分定位系统采集辅助定位标签和定位基站的位置参数，融合定位控制系统将一维定位信号和所述位置参数进行融合，得到移动定位标签的状态向量X_k和下一步预测状态向量X_k+1，并修正预测状态向量，控制移动定位标签。本发明不受温室结构和作物遮挡的影响，有效解决了非视距和多路径效应带来的误差问题，实现高精度空间定位；另外，本发明定位范围大，可在整个温室内提供定位和导航信号，为设施农业自动化作业提供帮助，促进设施农业智能化发展。

技术领域

本发明属于温室设施技术领域，具体涉及一种基于一维激光和三维UWB融合定位的温室大范围、高精度定位系统与方法。

背景技术

设施农业在我国农业领域具有重要的地位，我国连栋温室的面积处于世界前列。为节约劳动力、减轻劳动强度、提高作业效率，温室内智能化作业机具日益受到科技人员的重视。温室内作业项目涉及到每日的作物信息采集、作物保护管理、果实收获等，在大面积的连栋温室内利用智能化自主移动车辆有助于这些作业的高效完成。定位技术作为温室自动化以及机械化的核心技术已成为研究的热点和难点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种温室大范围高精度定位系统与方法，以适应温室作业环境中室内附属设施多、作物栽培密度大、空间利用率高、目标背景信息叠加多义等复杂环境特点，实现温室大范围、高精度定位。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术手段：

一种温室大范围高精度定位系统，包括一维程控移动激光定位系统、三维UWB差分定位系统和融合定位控制系统；一维程控移动激光定位系统采集吊轨小车的一维定位信号；三维UWB差分定位系统采集辅助定位标签和定位基站的位置参数；融合定位控制系统将一维定位信号和所述位置参数进行融合，获取移动定位标签的定位信号。

上述技术方案中，所述一维程控移动激光定位系统包括导轨、吊轨小车和测距传感器，导轨设置在温室内，导轨上设置吊轨小车，吊轨小车上设置测距传感器。

上述技术方案中，所述三维UWB差分定位系统包括定位基站、移动定位标签和辅助定位标签。

上述技术方案中，所述辅助定位标签和一定位基站安装于一侧吊轨小车下方，另一侧吊轨小车下方安装两个定位基站。

上述技术方案中，所述同一侧吊轨小车下方的两个定位基站高度间隔h，该侧位置较高的定位基站与另一侧的定位基站、辅助定位标签高度相同，其中h≥1m。

一种温室大范围高精度定位方法，获取移动定位标签的状态向量X_k和下一步预测状态向量X_k+1，将所述预测状态向量X_k+1与移动定位标签的观测向量Z_k作差，当差值大于阈值，利用修正矩阵A对状态向量预测值X_k+1进行修正，控制移动定位标签。

进一步，所述修正矩阵A为：A＝(x′，y′，z′)^T-(x′₆，y′₆，z′₆)^T，其中(x′，y′，z′)为辅助定位标签的测量位置参数，(x′₆，y′₆，z′₆)为辅助定位标签的计算位置参数。

更进一步，所述计算位置参数由激光测距传感器采集的数据、辅助定位标签和激光测距传感器的水平距离进行作差获取。