目前無人機自主導航方法大多采用慣性導航與全球定位系統相結合的方式，而采用北斗衛星導航系統的自主導航方法較少。本文主要針對當前我國農用無人機自主導航方法的應用需求，采用北斗衛星導航與慣性導航相結合的方式，組裝搭建了四旋翼無人機自主導航實驗平臺，設計了基于北斗的農用無人機自主導航系統，并在實驗室環境和室外大田環境下進行懸停試驗和自主導航飛行試驗，經試驗優化與驗證，初步實現了農用無人機的自主導航。

　　本文的主要研究內容及成果如下：

　　（1）在分析現有農用無人機自主導航系統存在不足的基礎上，結合農業中無人機相關應用方面的具體需求，選取四旋翼無人機飛行平臺作為硬件平臺進行組裝搭建。自主導航飛行平臺主要由飛行控制模塊、慣性測量模塊、北斗模塊、驅動模塊和通信模塊組成。通過對各模塊進行設計及安裝調試，組裝搭建了四旋翼無人機自主導航飛行平臺。在硬件平臺基礎上，對基于北斗的農用無人機自主導航系統進行飛行試驗驗證，能夠實現穩定自主飛行。

　　（2）針對現有低成本北斗模塊定位精度不高，不能滿足農用無人機定位精度要求，本文對比分析了兩種提高農用無人機定位精度的算法，加權最d‘，--乘算法和擴展卡爾曼濾波算法。分別采用這兩種算法對北斗定位數據進行算法優化，并對優化后數據進行對比及軌跡仿真。仿真優化結果表明，擴展卡爾曼濾波算法相比而言具有更好的優化效果，通過構建擴展卡爾曼濾波器對農用無人機定位精度進行優化，優化后無人機定位精度可達3．07m，平均定位誤差為1．05m，初步滿足農用無人機實際工作時的定位需求。

　　（3）針對農用無人機作業環境的實際需要和使用要求，選取PID控制算法來進行飛行控制，最大．最小蟻群算法來進行路徑規劃，與提高無人機定位精度的擴展卡爾曼濾波算法共同組成了無人機自主導航系統的軟件部分。經懸停試驗和自主導航飛行試驗驗證，本文所設計的自主導航系統可實現：自主導航飛行時，垂直方向上，高度最大誤差為2．98m，水平方向上，經緯度最大誤差為3．65m，平均誤差為1．81m。初步實現了農用無人機的自主導航，基本滿足農用無人機的實際作業需求。

　　本篇論文共分為6章，各章內容如下：

　　第一章緒論。論述本文選題的依據，研究目的與意義，國內外當前研究現狀，簡述基于北斗衛星導航系統的農用無人機自主導航方法研究的必要性及重要性，并闡述研究內容及技術路線。

　　第二章農用無人機自主導航系統硬件平臺設計。通過對農用無人機實際作業時的需求和作業環境進行分析，確定自主導航所需硬件平臺的組成部分、整體架構，再進行相關模塊的設計、安裝與調試，搭建自主導航方法試驗四旋翼無人機平臺。

　　第三章農用無人機定位精度優化方法研究。對所用低成本北斗模塊所采集的無人機定位數據，通過加權最小二乘算法和擴展卡爾曼濾波算法進行優化改進，并對改進結果進行對比分析，選用最合適的算法作為提高無人機定位精度的優化方法。

　　第四章農用無人機自主導航系統軟件設計。基于自主導航方法試驗平臺與計算機仿真環境，進行組合導航融合算法及路徑規劃算法研究。運用MATLAB R2010a軟件結合實際作業環境對幾種蟻群算法進行算法設計和仿真分析，通過對比仿真分析結果，選用最合適的算法作為路徑規劃方法，并最終完成農用無人機自主導航系統的軟件設計。

　　第五章農用無人機自主導航系統驗證與試驗。對本文設計的農用無人機自主導航系統進行驗證，通過進行懸停試驗和自主導航飛行試驗，驗證無人機自主導航方法的可行性與穩定性。

　　第六章總結與展望。對已完成工作進行總結分析，對后續工作提出展望。

　　現有的農用無人機多以四旋翼無人機和八旋翼無人機為主，與無人直升機相比，多旋翼無人機具有控制簡單、成本較低、機械可靠性高、設備損耗小的優點（張欣2015）。因而在未搭載作業裝置，負載較小的情況下，搭建一臺四旋翼無人機作為自主導航方法的試驗平臺最為適合。本章主要對農用無人機自主導航系統硬件平臺的搭建進行簡要介紹。首先對硬件平臺的整體架構及各組成部分進行簡要介紹，之后對無人機硬件平臺各模塊的設計、調試及安裝工作進行詳細介紹，最后完成系統硬件平臺的整體搭建。

　　農用無人機自主導航系統包括控制無人機穩定飛行的飛行控制模塊；為飛行控制提供數據和控制依據的慣性測量模塊和GNSS衛星導航模塊，其中慣性測量模塊包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁力計、高度氣壓計等傳感器；為飛行過程中數據傳輸提供支持的無線通信模塊和串口通信模塊；為無人機飛行提供動力支持的電源、電機、電調等驅動模塊以及必要的地面控制部分。同時，在后期應用環節，硬件平臺還需要根據實際應用選擇搭載藥箱和施藥裝置用于無人機植保，或者選擇搭載相機和增穩云臺用于無人機遙感，實現其功能及設備的完整性。無人機自主導航系統的整體架構框圖如圖 2．1所示。