核心導讀

隨著現代農業大步邁向智能時代，農機導航系統已成為精準農業的強大引擎，直擊傳統耕作中人力成本高、作業精度低、土地利用率不足等核心痛點。在國家大力推進農業數字化與機械化融合的戰略指引下，司南導航憑借多年技術積累，突破振動防護和信號抗干擾等關鍵難題，為全球用戶帶來可靠、高效的智能導航解決方案。實測證明，我們的系統可使作業效率提升30%以上。

本期「司南技術π」重點介紹

AG501 Pro單天線與AG502雙天線導航系統，以互補組合全面覆蓋不同市場需求：

AG501 Pro則以輕量設計和超高性價比，精準匹配中小農戶的基本導航需求，廣泛適配拖拉機、收割機等多種設備；

AG502憑借雙天線GNSS技術，實現厘米級高精度定位，輕松應對復雜地形，助力農業經營提效降本。

Part1

AG501 Pro單天線農機導航系統

系統架構組成

AG501Pro系統主要包括：智能天線、方向盤及電機、前輪腳傳&外置數傳等選配件。

產品架構

?Plus B平板是該系統的人機交互接口，主要功能是實現用戶可以通過按鍵、觸摸液晶屏顯示查看與修改系統的配置信息、查看衛星的參數信息、格式化內置存儲芯片等功能，收集智能天線上傳的組合導航數據并進行顯示定位導航的效果；

?A100 Pro智能天線中的GNSS板卡（K803）支持多個衛星系統，負責完成信號的模數轉換處理，衛星的捕獲、跟蹤、及利用偽距、載波相位、多普勒信息以及星歷和歷書進行PVT定位計算。其中慣性模塊通過 IMU 和GNSS 的數據融合算法，可實現高精度，抗磁干擾的定向和測姿。智能天線將慣導融合后的數據通過GD32F4傳給Plus B平板供其APP使用；

?電機根據定位數據精準控制車輛的轉向。

電源方案

防反電路

系統加入了防反設計，防止現場在接線過程中誤將設備的負極接到供電設備的正極上，從而導致損傷設備。

過壓欠壓保護

具有欠壓、過壓保護功能，當輸入電壓超過保護門限時，設備自動切斷電源輸入，保護設備電路不受損壞，且當輸入電壓恢復到正常輸入范圍時，自動恢復供電。

電源轉換

整個系統額定工作電源輸入為9V-36V，設備內部各模塊工作存在5V/3.3V等多種電源電路，電源轉換部分采用DC/DC開關電源芯片實現。

關鍵器件-IMU核心參數

25℃、1σ 條件下，核心參數典型值如下：

?零偏穩定性（X/Y/Z 軸）：， X、Y 軸 5.0°/hr ，Z 軸 4.0°/hr ，值越小，靜止時自身 “漂移” 越小，長時間穩定測量越準，關乎慣性導航系統的定位精度。

?零偏重復性：0.1°/s ，體現零偏穩定性的可重復、可靠性，重復性好，標定后性能更穩定。

?軸間非正交：0.01deg ，陀螺儀三軸理想應正交（兩兩垂直），偏差大會使多軸運動測量耦合誤差，影響姿態解算精度。

?g 值敏感誤差：0.1°/s/g，受重力加速度 g 影響產生的角速度測量誤差。

?內部低通截止頻率：最小 0.2Hz ，典型 / 最大 47Hz ，軟件可調，決定過濾高頻噪聲的能力，選合適值可平衡信號響應速度與噪聲抑制。

?ODR（輸出數據速率）：輸出頻率范圍 1 - 400Hz ，值越高，數據更新越頻繁，能捕捉快速運動細節，但也增加數據處理負擔，按需配置。

?測量延時：最大 5.0ms ，延時大會影響決策及時性。

? 隨機游走（X/Y/Z 軸）：0.3°/√hr（ Allan 方差曲線），體現隨機噪聲積累特性，長時間積分時，隨機游走會使誤差隨時間增長，需建模補償。

?輸出噪聲：25℃、截止頻率 47Hz 下，rms 值 0.05°/s ，噪聲大會淹沒真實信號，降低測量精度，影響基于角速度的控制、解算。

Part 2

AG502雙天線農機導航系統

系統架構

AG502系統主要包括：接收機平板、方向盤及電機、車身&前輪腳傳、GNSS雙天線。

平板架構

AG502平板接收機硬件系統架構包括：Android主控單元、GNSS核心板卡（K823）、顯示控制（人機接口）模塊、電源管理、外部接口部接口等電路單元。

接口設計和實現

AG502平板電腦包括3個USB標準接口、1個type-c接口、兩個LEMO頭RS232、一個LEMO頭CAN。

關鍵器件-電機核心參數

電機采用永磁同步直驅電機，它融合了永磁同步電機技術和直驅技術，以下是其詳細介紹：

基本結構

定子：

與普通交流電機類似，由定子鐵芯和三相繞組構成。定子繞組通入交流電后，會產生旋轉磁場；

轉子：

嵌入永磁體，如釹鐵硼等高性能永磁材料，無需外部勵磁，由永磁體直接提供磁場。

氣隙：

定子與轉子之間的間隙，其磁場由定子磁場與轉子永磁體磁場共同構成，兩者同步旋轉，實現無滑差運行。

工作原理

電機靜止時，給定子繞組通入三相對稱電流，產生定子旋轉磁場，該磁場在轉子籠型繞組內產生電流，形成轉子旋轉磁場，兩者相互作用產生異步轉矩使轉子加速轉動。當轉子加速到接近同步轉速時，定子旋轉磁場將轉子牽入同步運行狀態，此時轉子繞組不再產生電流，由永磁體和定子繞組產生的磁場相互作用產生驅動轉矩，使電機保持同步運行。

技術特點

高效節能、結構緊湊、低速大扭矩、運行平穩、控制精確

Part 3

技術原理與應用場景分析

導航控制技術原理

1）農機導航系統采用"感知-決策-控制"閉環控制架構，通過多源傳感器融合實現作業環境感知。GNSS模塊實時采集位置坐標，IMU單元同步輸出三軸姿態角，兩組數據經卡爾曼濾波算法融合后，生成厘米級定位與厘米/秒級速度信息。路徑規劃模塊根據作業模式（直線/曲線）自動生成最優行駛軌跡，支持AB線、同心圓等多種作業路徑類型。

2）控制流程圖

3）轉向控制過程

農業應用場景實踐

后裝市場

對比當前農業生產方式，智慧農業技術應用后可節約 50％的用工成本，土地利用率提升3%-5%以上。

高級別自動駕駛

耕種管收全過程的少人化和無人化，也有利于節約人力成本，吸引更多年輕技術人才從事農業生產，培育新型農民。”經測算，“無人農場”平均每畝節約勞動力成本30%以上，農民增收超過40%。

L3級無人駕駛

基于視覺識別等多源傳感器融合，人工智能技術應用，實現車輛轉移及特殊場景下穩定作業。

數字施工

依托北斗高精度定位、組合導航和傾角傳感器等技術，通過高效實時的態勢推導，精準計算施工數據，智慧化引導駕駛員進行整平、刷坡、挖溝作業作業效率大大提升，作業質量更有保障。

Part 4

結語

AG501 Pro與AG502農機導航系統，依托高精度北斗/GNSS核心技術、多源傳感器融合及自適應抗干擾算法，實現了厘米級定位與穩定轉向控制，顯著提升作業精度與效率。系統支持復雜工況下高可靠性運行，為規模化農業提供了可擴展、高性價比的智能導航解決方案。我們將持續推動北斗在農業中的深度應用，以技術賦能現代農業機械化與數字化發展。