本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域，具體涉及一種基于uwb雷達的甘蔗收割機地形跟隨系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

目前，我國作為一個人口大國，農(nóng)業(yè)是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力與綜合競爭力直接關(guān)系著我國經(jīng)濟發(fā)展的穩(wěn)定性與持久性。農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然要求，不僅能提升農(nóng)業(yè)的綜合競爭力，并且實現(xiàn)農(nóng)民效益的增收，改變我國農(nóng)民的生活。目前，我國現(xiàn)有的甘蔗種植區(qū)域地形多為丘陵地區(qū)，地勢不平，少有大片平整地塊，且連片種植規(guī)模較小，這些問題造成大型甘蔗收割機械不能更好的收割和處理甘蔗。

再者，我國傳統(tǒng)甘蔗種植行距受各地地形條件及當?shù)剞r(nóng)民傳統(tǒng)習(xí)慣影響，種植行距不完全統(tǒng)一，并且單行的準直性差，存在隨地形的彎曲現(xiàn)象，目前的甘蔗收獲機無法應(yīng)對這樣的種植情況。

三是，甘蔗是多年生宿根作物，宿根面積占全年種植面積的60%左右，所以甘庶收割跟其它農(nóng)作物如玉米、小麥收割不一樣，要在考慮收割效率的同時也要考慮機收對蔗蔸質(zhì)量的影響，以及收割對來年的宿根蔗的產(chǎn)量和管理的影響。蔗蔸留茬高度和破蔸率是衡量收割質(zhì)量高低的最重要的參數(shù)。甘蔗收割機對倒伏甘蔗的收割適用性差，破蔸率明顯比不倒伏的高。機械收割造成破兜率高的原因主要是收獲機械的切割器的工作性能良好與否決定的，例如收割機在地面不平整的庶地作業(yè)時，切割器離地面的高度不定，割臺的適應(yīng)性不好，造成破蔸率高。

四是，我國的農(nóng)機服務(wù)隊的收割機機手是從開農(nóng)用拖拉機或是挖掘機轉(zhuǎn)行過來的，以前操作的農(nóng)機使用簡單、維護便捷，而現(xiàn)在的甘蔗收割機操作復(fù)雜。機手在操作收割機時需要憑借經(jīng)驗觀察甘蔗田的情況，其中包括蔗蔸留茬高度、地勢變化等。甘蔗田的遮蔽性高，不易觀察。因此如何對甘蔗田的地勢、甘蔗生長密度進行探測，并將獲得信息反饋給控制系統(tǒng)，對甘蔗收割機進行智能化控制是目前我國甘蔗機械化的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種基于uwb雷達的甘蔗收割機地形跟隨系統(tǒng)及實現(xiàn)方法解決了現(xiàn)有甘蔗收割機智能化低，在地形復(fù)雜、存在種植行距差距時收割質(zhì)量低，容易損壞器械的問題。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種基于uwb雷達的甘蔗收割機地形跟隨系統(tǒng)，其包括uwb雷達和與uwb雷達相連接的雷達數(shù)據(jù)處理模塊，以及控制器，與控制器相連接的顯示器、方向機和電液控制系統(tǒng)，控制器連接uwb雷達；顯示器設(shè)置在駕駛室內(nèi)；

uwb雷達，用于獲取甘蔗地壟面高度信息、地形軌跡形狀信息、甘蔗束密度信息和甘蔗高度信息，并發(fā)送至雷達數(shù)據(jù)處理模塊；

雷達數(shù)據(jù)處理模塊，用于將uwb雷達輸出的甘蔗地壟面高度信息和地形軌跡形狀信息處理轉(zhuǎn)換為地形信息圖像，同時將蔗束密度信息和甘蔗高度信息處理轉(zhuǎn)換為甘蔗行走勢信息，并將地形信息圖像和甘蔗行走勢信息發(fā)送給控制器；

控制器，用于根據(jù)雷達數(shù)據(jù)處理模塊輸出的甘蔗行走勢信息判斷甘蔗收割機前進方向是否和甘蔗行走勢信息相同，若相同，則向方向機輸出保持直行信號，若不同，則根據(jù)甘蔗收割機當前前進方向與甘蔗行走勢的角度差向方向機發(fā)送方向調(diào)整信號；同時，控制器還根據(jù)地形信息圖像判斷甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度是否與地形高度相符合，若符合，則輸出保持高度信號，若不符合，則根據(jù)甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度與地形高度的高度差向電液控制系統(tǒng)輸出高度調(diào)整信號；

電液控制系統(tǒng)，用于根據(jù)控制器輸出的高度調(diào)整信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)和切割機構(gòu)的高度；

方向機，用于根據(jù)控制器輸出的方向調(diào)整信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的運動方向；

顯示器，用于顯示地形信息圖像和甘蔗收割機的調(diào)節(jié)信息。

進一步地，控制器，還用于配置uwb雷達參數(shù)。

提供一種基于uwb雷達的甘蔗收割機地形跟隨系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其包括以下步驟：

s1、uwb雷達通過回波信息獲取甘蔗地壟面高度、地形軌跡形狀、甘蔗束密度和甘蔗高度，并將該回波信息發(fā)送至雷達數(shù)據(jù)處理模塊；

s2、雷達數(shù)據(jù)處理模塊接收uwb雷達所發(fā)送的回波信息，根據(jù)甘蔗地壟面高度和地形軌跡形狀生成地形信息圖像，根據(jù)甘蔗束密度和甘蔗高度生成甘蔗行走勢信息，并將該地形信息圖像和甘蔗行走勢信息發(fā)送至控制器；

s3、控制器接收雷達數(shù)據(jù)處理模塊所發(fā)送的地形信息圖像和甘蔗行走勢信息，控制器根據(jù)地形信息圖像和甘蔗行走勢信息分別向電液控制系統(tǒng)和方向機輸出控制信號；同時，控制器將地形信息圖像、甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)高度、切割機構(gòu)高度和運動方向的調(diào)節(jié)信息發(fā)送至顯示器；

s4、電液控制系統(tǒng)根據(jù)控制器所輸出的控制信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)和切割機構(gòu)的高度；

方向機根據(jù)控制器所輸出的控制信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的運動方向；

顯示器接收并根據(jù)控制器的輸出信號顯示地形信息和甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)高度、切割機構(gòu)高度和運動方向的調(diào)節(jié)信息。

s5、返回步驟s1。

進一步地，控制器根據(jù)地形信息圖像分別向電液控制系統(tǒng)和方向機輸出控制信號的方法為：

控制器根據(jù)甘蔗行走勢信息判斷甘蔗收割機前進方向是否與甘蔗行走勢相同，若相同則向方向機輸出保持直行信號，若不同則根據(jù)甘蔗收割機當前前進方向與甘蔗行走勢的角度差向方向機發(fā)送方向調(diào)整信號，調(diào)整甘蔗收割機的前進方向與甘蔗行的走勢相同；

控制器根據(jù)地形信息圖像判斷甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度是否與地形高度相符合，若符合則輸出保持高度信號，若不符合則根據(jù)甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度與地形高度的高度差向電液控制系統(tǒng)輸出高度調(diào)整信號。

進一步地，在步驟s1前通過控制器配置uwb雷達參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明利用uwb雷達技術(shù)實時探測甘蔗地形信息和甘蔗行的走勢，自動并精確控制甘蔗收割機的刀臺高度、切梢高度和行進方向，提高了甘蔗收割機對復(fù)雜地形的適應(yīng)性、甘蔗的收割質(zhì)量，降低了收割器械的損壞率，同時將地形信息圖像和收割機調(diào)整情況通過顯示器顯示出來，有利于車手監(jiān)控甘蔗收割機的工作，在系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的同時，可以進行人為干預(yù)，實現(xiàn)自動控制與人為操作的協(xié)同工作。

2、本發(fā)明的雷達發(fā)送功率譜密度相對較低，對其他電磁系統(tǒng)的干擾小，具有很強的抗干擾能力，保證本系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時由于雷達發(fā)射脈沖的時間段，可以使目標不同區(qū)域的響應(yīng)分離，使目標的特性突出，同時，借助信號的寬譜特征，可以激勵目標的眾多響應(yīng)模式，從而進行目標的準確、快速識別。

3、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對介質(zhì)（土壤、混凝土、森林、植被或淡水）中隱蔽的目標進行高分辨率探測成像，當雷達探測到隱蔽目標時，將顯示在顯示器中，車手可以手動調(diào)節(jié)甘蔗收割機，避免刀臺受到損傷，延長機械的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為地形跟隨的流程圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。

如圖1和圖2所示，該基于uwb雷達的甘蔗收割機地形跟隨系統(tǒng)包括uwb雷達和與uwb雷達相連接的雷達數(shù)據(jù)處理模塊，以及控制器，與控制器相連接的顯示器、方向機和電液控制系統(tǒng)，控制器連接uwb雷達；顯示器設(shè)置在駕駛室內(nèi)；

uwb雷達，用于獲取甘蔗地壟面高度信息、地形軌跡形狀信息、甘蔗束密度信息和甘蔗高度信息，并發(fā)送至雷達數(shù)據(jù)處理模塊；

雷達數(shù)據(jù)處理模塊，用于將uwb雷達輸出的甘蔗地壟面高度信息和地形軌跡形狀信息處理轉(zhuǎn)換為地形信息圖像，同時將蔗束密度信息和甘蔗高度信息處理轉(zhuǎn)換為甘蔗行走勢信息，并將地形信息圖像和甘蔗行走勢信息發(fā)送給控制器；

控制器，用于根據(jù)雷達數(shù)據(jù)處理模塊輸出的甘蔗行走勢信息判斷甘蔗收割機前進方向是否和甘蔗行走勢信息相同，若相同，則向方向機輸出保持直行信號，若不同，則根據(jù)甘蔗收割機當前前進方向與甘蔗行走勢的角度差向方向機發(fā)送方向調(diào)整信號；同時，控制器還根據(jù)地形信息圖像判斷甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度是否與地形高度相符合，若符合，則輸出保持高度信號，若不符合，則根據(jù)甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度與地形高度的高度差向電液控制系統(tǒng)輸出高度調(diào)整信號；

電液控制系統(tǒng)，用于根據(jù)控制器輸出的高度調(diào)整信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)和切割機構(gòu)的高度；

方向機，用于根據(jù)控制器輸出的方向調(diào)整信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的運動方向；

顯示器，用于顯示地形信息圖像和甘蔗收割機的調(diào)節(jié)信息。

該基于uwb雷達的甘蔗收割機地形跟隨系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括以下步驟：

s1、uwb雷達通過回波信息獲取甘蔗地壟面高度、地形軌跡形狀、甘蔗束密度和甘蔗高度，并將該回波信息發(fā)送至雷達數(shù)據(jù)處理模塊；

s2、雷達數(shù)據(jù)處理模塊接收uwb雷達所發(fā)送的回波信息，根據(jù)甘蔗地壟面高度和地形軌跡形狀生成地形信息圖像，根據(jù)甘蔗束密度和甘蔗高度生成甘蔗行走勢信息，并將該地形信息圖像和甘蔗行走勢信息發(fā)送至控制器；

s3、控制器接收雷達數(shù)據(jù)處理模塊所發(fā)送的地形信息圖像和甘蔗行走勢信息，控制器根據(jù)地形信息圖像和甘蔗行走勢信息分別向電液控制系統(tǒng)和方向機輸出控制信號；同時，控制器將地形信息圖像、甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)高度、切割機構(gòu)高度和運動方向的調(diào)節(jié)信息發(fā)送至顯示器；

s4、電液控制系統(tǒng)根據(jù)控制器所輸出的控制信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)和切割機構(gòu)的高度；

方向機根據(jù)控制器所輸出的控制信號調(diào)節(jié)甘蔗收割機的運動方向；

顯示器接收并根據(jù)控制器的輸出信號顯示地形信息和甘蔗收割機的前收攏機構(gòu)高度、切割機構(gòu)高度和運動方向的調(diào)節(jié)信息。

s5、返回步驟s1。

控制器根據(jù)地形信息圖像分別向電液控制系統(tǒng)和方向機輸出控制信號的方法為：

控制器根據(jù)甘蔗行走勢信息判斷甘蔗收割機前進方向是否與甘蔗行走勢相同，若相同則向方向機輸出保持直行信號，若不同則根據(jù)甘蔗收割機當前前進方向與甘蔗行走勢的角度差向方向機發(fā)送方向調(diào)整信號，調(diào)整甘蔗收割機的前進方向與甘蔗行的走勢相同；

控制器根據(jù)地形信息圖像判斷甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度是否與地形高度相符合，若符合則輸出保持高度信號，若不符合則根據(jù)甘蔗收割機前收攏機構(gòu)和切割機距離地面的高度與地形高度的高度差向電液控制系統(tǒng)輸出高度調(diào)整信號。

在步驟s1前通過控制器配置uwb雷達參數(shù)。

在本發(fā)明的具體實施過程中，本發(fā)明在使用前，可以先測試uwb雷達系統(tǒng)的參數(shù)配置，校正自動控制系統(tǒng)的驅(qū)動。uwb雷達系統(tǒng)利用不同波長的雷達波的穿透性特征，對甘蔗地壟面高度、地形軌跡形狀、甘蔗束密度和甘蔗高度進行探測，并通過反射波分別進行信息提取與處理，其中甘蔗行走勢信息包括甘蔗束密度和甘蔗高度數(shù)據(jù)，地形信息圖像包括甘蔗地壟面高度和地形軌跡形狀。

本發(fā)明的uwb雷達發(fā)射的功率譜密度相對較低，對其它電磁系統(tǒng)的干擾小。uwb脈沖具有極高的寬帶，持續(xù)時間短至ns級，有很強的時間分辨能力，測距精度能達到厘米級，并且探測速度快，探測過程持續(xù)，操作方便靈活，探測費用低，范圍廣。且運用uwb雷達受外界條件影響較小，可在復(fù)雜條件下使用。

綜上所述，本發(fā)明利用uwb雷達技術(shù)實時探測甘蔗地形信息和甘蔗行的走勢，自動并精確控制甘蔗收割機的刀臺高度、切梢高度和行進方向，提高了甘蔗收割機對復(fù)雜地形的適應(yīng)性、甘蔗的收割質(zhì)量，降低了收割器械的損壞率，同時將地形信息圖像和收割機調(diào)整情況通過顯示器顯示出來，有利于車手監(jiān)控甘蔗收割機的工作，在系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的同時，可以進行人為干預(yù)，實現(xiàn)自動控制與人為操作的協(xié)同工作。