司南技术π·第11期｜农机导航产品架构以及关键技术的应用

核心导读

随着现代农业大步迈向智能时代，农机导航系统已成为精准农业的强大引擎，直击传统耕作中人力成本高、作业精度低、土地利用率不足等核心痛点。在国家大力推进农业数字化与机械化融合的战略指引下，司南导航凭借多年技术积累，突破振动防护和信号抗干扰等关键难题，为全球用户带来可靠、高效的智能导航解决方案。实测证明，我们的系统可使作业效率提升30%以上。

本期「司南技术π」重点介绍

AG501 Pro单天线与AG502双天线导航系统，以互补组合全面覆盖不同市场需求：

AG501 Pro则以轻量设计和超高性价比，精准匹配中小农户的基本导航需求，广泛适配拖拉机、收割机等多种设备；

AG502凭借双天线GNSS技术，实现厘米级高精度定位，轻松应对复杂地形，助力农业经营提效降本。

Part1

AG501 Pro单天线农机导航系统

系统架构组成

AG501Pro系统主要包括：智能天线、方向盘及电机、前轮脚传&外置数传等选配件。

产品架构

•Plus B平板是该系统的人机交互接口，主要功能是实现用户可以通过按键、触摸液晶屏显示查看与修改系统的配置信息、查看卫星的参数信息、格式化内置存储芯片等功能，收集智能天线上传的组合导航数据并进行显示定位导航的效果；

•A100 Pro智能天线中的GNSS板卡（K803）支持多个卫星系统，负责完成信号的模数转换处理，卫星的捕获、跟踪、及利用伪距、载波相位、多普勒信息以及星历和历书进行PVT定位计算。其中惯性模块通过 IMU 和GNSS 的数据融合算法，可实现高精度，抗磁干扰的定向和测姿。智能天线将惯导融合后的数据通过GD32F4传给Plus B平板供其APP使用；

•电机根据定位数据精准控制车辆的转向。

电源方案

防反电路

系统加入了防反设计，防止现场在接线过程中误将设备的负极接到供电设备的正极上，从而导致损伤设备。

过压欠压保护

具有欠压、过压保护功能，当输入电压超过保护门限时，设备自动切断电源输入，保护设备电路不受损坏，且当输入电压恢复到正常输入范围时，自动恢复供电。

电源转换

整个系统额定工作电源输入为9V-36V，设备内部各模块工作存在5V/3.3V等多种电源电路，电源转换部分采用DC/DC开关电源芯片实现。

关键器件-IMU核心参数

25℃、1σ 条件下，核心参数典型值如下：

•零偏稳定性（X/Y/Z 轴）：， X、Y 轴 5.0°/hr ，Z 轴 4.0°/hr ，值越小，静止时自身 “漂移” 越小，长时间稳定测量越准，关乎惯性导航系统的定位精度。

•零偏重复性：0.1°/s ，体现零偏稳定性的可重复、可靠性，重复性好，标定后性能更稳定。

•轴间非正交：0.01deg ，陀螺仪三轴理想应正交（两两垂直），偏差大会使多轴运动测量耦合误差，影响姿态解算精度。

• g 值敏感误差：0.1°/s/g，受重力加速度 g 影响产生的角速度测量误差。

• 内部低通截止频率：最小 0.2Hz ，典型 / 最大 47Hz ，软件可调，决定过滤高频噪声的能力，选合适值可平衡信号响应速度与噪声抑制。

• ODR（输出数据速率）：输出频率范围 1 - 400Hz ，值越高，数据更新越频繁，能捕捉快速运动细节，但也增加数据处理负担，按需配置。

•测量延时：最大 5.0ms ，延时大会影响决策及时性。

• 随机游走（X/Y/Z 轴）：0.3°/√hr（ Allan 方差曲线），体现随机噪声积累特性，长时间积分时，随机游走会使误差随时间增长，需建模补偿。

•输出噪声：25℃、截止频率 47Hz 下，rms 值 0.05°/s ，噪声大会淹没真实信号，降低测量精度，影响基于角速度的控制、解算。

Part 2

AG502双天线农机导航系统

系统架构

AG502系统主要包括：接收机平板、方向盘及电机、车身&前轮脚传、GNSS双天线。

平板架构

AG502平板接收机硬件系统架构包括：Android主控单元、GNSS核心板卡（K823）、显示控制（人机接口）模块、电源管理、外部接口部接口等电路单元。

接口设计和实现

AG502平板电脑包括3个USB标准接口、1个type-c接口、两个LEMO头RS232、一个LEMO头CAN。

关键器件-电机核心参数

电机采用永磁同步直驱电机，它融合了永磁同步电机技术和直驱技术，以下是其详细介绍：

基本结构

定子：

与普通交流电机类似，由定子铁芯和三相绕组构成。定子绕组通入交流电后，会产生旋转磁场；

转子：

嵌入永磁体，如钕铁硼等高性能永磁材料，无需外部励磁，由永磁体直接提供磁场。

气隙：

定子与转子之间的间隙，其磁场由定子磁场与转子永磁体磁场共同构成，两者同步旋转，实现无滑差运行。

工作原理

电机静止时，给定子绕组通入三相对称电流，产生定子旋转磁场，该磁场在转子笼型绕组内产生电流，形成转子旋转磁场，两者相互作用产生异步转矩使转子加速转动。当转子加速到接近同步转速时，定子旋转磁场将转子牵入同步运行状态，此时转子绕组不再产生电流，由永磁体和定子绕组产生的磁场相互作用产生驱动转矩，使电机保持同步运行。

技术特点

高效节能、结构紧凑、低速大扭矩、运行平稳、控制精确

Part 3

技术原理与应用场景分析

导航控制技术原理

1）农机导航系统采用"感知-决策-控制"闭环控制架构，通过多源传感器融合实现作业环境感知。GNSS模块实时采集位置坐标，IMU单元同步输出三轴姿态角，两组数据经卡尔曼滤波算法融合后，生成厘米级定位与厘米/秒级速度信息。路径规划模块根据作业模式（直线/曲线）自动生成最优行驶轨迹，支持AB线、同心圆等多种作业路径类型。

2）控制流程图

3）转向控制过程

农业应用场景实践

后装市场

对比当前农业生产方式，智慧农业技术应用后可节约 50％的用工成本，土地利用率提升3%-5%以上。

高级别自动驾驶

耕种管收全过程的少人化和无人化，也有利于节约人力成本，吸引更多年轻技术人才从事农业生产，培育新型农民。”经测算，“无人农场”平均每亩节约劳动力成本30%以上，农民增收超过40%。

L3级无人驾驶

基于视觉识别等多源传感器融合，人工智能技术应用，实现车辆转移及特殊场景下稳定作业。

数字施工

依托北斗高精度定位、组合导航和倾角传感器等技术，通过高效实时的态势推导，精准计算施工数据，智慧化引导驾驶员进行整平、刷坡、挖沟作业作业效率大大提升，作业质量更有保障。

Part 4

结语

AG501 Pro与AG502农机导航系统，依托高精度北斗/GNSS核心技术、多源传感器融合及自适应抗干扰算法，实现了厘米级定位与稳定转向控制，显著提升作业精度与效率。系统支持复杂工况下高可靠性运行，为规模化农业提供了可扩展、高性价比的智能导航解决方案。我们将持续推动北斗在农业中的深度应用，以技术赋能现代农业机械化与数字化发展。