测量高度的系统及测量高度的方法
技术领域
本发明涉及测量装置技术领域,尤其涉及一种测量高度的系统及测量高度的方法。
背景技术
现实中,对物体的高度进行测量,是最基本的测量活动。很多较高的物体,无法使用常规的接触式测量工具对其高度进行测量,特别是在林业、地质、矿山、电力、通讯、路桥、水利、建筑工程及大型工程安装等领域,通常只能采用非接触式的测量高度的方法。
利用雷达进行高度测量是一种常用的非接触式测量高度的方法,其工作原理为:设置于地面的雷达发射机产生足够的电磁能量经过收发转换开关传送给天线,天线将电磁能量辐射至大气中集中在某一个很窄的方向上形成电磁波束向前传播,当电磁波束到达目标物体后,将沿着各个方向产生反射,其中电磁波束中的部分电磁能量将反向传播被雷达的天线获取,天线获取的电磁能量经过收发转换开关传输至雷达接收机形成雷达的回波信号,雷达获取电磁能量从发射至接收的时间,结合电磁波的传播速度,获得雷达至目标物体的距离,从而达到测高的目的。由于被目标物体反射的电磁能量只有部分能够被雷达接收到,因此利用雷达进行高度测量时,需要较高的发射功率,耗电量大,同时,采用电磁波反射的雷达测高方式精密度较低,一般在10m左右。
因此,有必要提出一种新的测量高度的系统及测量高度的方法,以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量高度的系统,能够简单有效地对高度进行测量,信号功率小,测量的精密度高。
本发明的另一目的在于提供一种测量高度的方法,能够简单有效地对高度进行测量,信号功率小,测量的精密度高。
为实现上述目的,本发明首先提供一种测量高度的系统,包括:目标物体及与目标物体通讯连接的控制器,所述目标物体具有第一信号发射器与位于第一信号发射器下方的第二信号发射器,所述控制器具有信号接收器;
所述第一信号发射器及第二信号发射器用于向外发射信号;
所述信号接收器用于接收第一信号发射器及第二信号发射器发射的信号;
根据第一信号发射器及第二信号发射器分别发射信号至信号被信号接收器接收所经过的时间分别计算获得从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离,根据预先测得的第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离以及通过信号发射与接收分别计算测得的从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离,计算出第一信号发射器距离控制器所在位置水平面的高度。
所述目标物体设有第一处理单元,所述第一处理单元与第一信号发射器及第二信号发射器电性连接;所述控制器设有第二处理单元,所述第二处理单元与信号接收器电性连接;所述第一处理单元与第二处理单元通讯连接。
根据预先测得的第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离以及通过信号发射与接收分别计算测得的从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离,通过下列高度计算公式计算出第一信号发射器距离控制器所在位置水平面的高度;
所述高度计算公式为:
H=(d2+L1 2-L2 2)/2d;
其中,H为第一信号发射器距离控制器所在位置水平面的高度,d为预先测得的第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离,L1为从第一信号发射器到信号接收器之间的距离,L2为从第二信号发射器到信号接收器之间的距离。
分别在第一信号发射器、第二信号发射器发射信号后开始计时,并分别在信号接收器接收到第一信号发射器、及第二信号发射器发射的信号后结束计时,从而获取第一信号发射器、及第二信号发射器分别发射信号至信号被信号接收器接收所经过的时间;
分别将第一信号发射器、及第二信号发射器发射信号至信号被信号接收器接收所经过的时间与第一信号发射器及第二信号发射器发射的信号的传播速度相乘,从而获得从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离。
所述目标物体为无人机;
所述第一信号发射器、及第二信号发射器发射的信号均为红外线、电磁波、或声波。
本发明还提供一种测量高度的方法,包括如下步骤:
步骤S1、沿高度方向在目标物体上设置第一测量点与第二测量点;
步骤S2、测量第一与第二测量点之间的距离;
步骤S3、测量第一与第二测量点分别到测量位置的距离;
步骤S4、计算得出第一测量点距离测量位置所在水平面的高度。
所述步骤S3包括:
步骤S30、在第一与第二测量点分别设置第一与第二信号发射器22、24;
步骤S31、在测量位置设置信号接收器;
步骤S32、第一信号发射器及第二信号发射器发射信号,信号接收器接收来自第一信号发射器及第二信号发射器的信号;
步骤S33、根据第一信号发射器及第二信号发射器分别发射信号至信号被信号接收器接收所经过的时间分别计算获得从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离。
所述步骤S30还包括在目标物体设置第一处理单元,所述第一处理单元与第一信号发射器及第二信号发射器电性连接;所述步骤S31还包括在所述测量位置设置第二处理单元,所述第二处理单元与信号接收器电性连接;所述第一处理单元与第二处理单元通讯连接。
所述步骤S4通过下列高度计算公式计算得出第一测量点距离测量位置所在水平面的高度;
所述高度计算公式为:
H=(d2+L1 2-L2 2)/2d;
其中,H为第一信号发射器距离信号接收器所在位置水平面的高度,d为预先测得的第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离,L1为从第一信号发射器到信号接收器之间的距离,L2为从第二信号发射器到信号接收器之间的距离。
所述目标物体为无人机;
所述第一信号发射器、及第二信号发射器发射的信号均为红外线、电磁波、或声波;
所述步骤S31包括在测量位置设置控制器,所述控制器具有信号接收器及与信号接收器电性连接的第二处理单元。
本发明的有益效果:本发明提供的一种测量高度的系统,包括目标物体及与目标物体通讯连接的控制器,所述目标物体具有第一信号发射器与位于第一信号发射器下方的第二信号发射器,所述控制器具有信号接收器;在测量高度时,使第一、第二信号发射器发射信号并由信号接收器进行接收,根据第一、第二信号发射器分别发射信号至信号被信号接收器接收所经过的时间分别计算获得从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离,并结合预先测得的第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离计算出第一信号发射器距离控制器所在位置水平面的高度,完成对高度的测量,信号功率小,测量的精密度高。本发明提供的一种测量高度的方法,能够简单有效地对高度进行测量,信号功率小,测量的精密度高。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,然而附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制。
附图中,
图1为本发明的测量高度的系统的示意图;
图2为本发明的测量高度的方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果,以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1,本发明提供一种测量高度的系统,包括:目标物体2及与目标物体2通讯连接的控制器4,所述目标物体2具有第一信号发射器22与位于第一信号发射器22下方的第二信号发射器24,所述控制器4具有信号接收器42;
所述第一信号发射器22及第二信号发射器24用于向外发射信号;
所述信号接收器42用于接收第一信号发射器22及第二信号发射器24发射的信号;
根据第一信号发射器22及第二信号发射器24分别发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间分别计算获得从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离,根据预先测得的第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离以及通过信号发射与接收分别计算测得的从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离,计算出第一信号发射器22距离控制器4所在位置水平面的高度。
具体地,所述目标物体2设有第一处理单元26,所述第一处理单元26与第一信号发射器22及第二信号发射器24电性连接;所述控制器4设有第二处理单元44,所述第二处理单元44与信号接收器42电性连接;所述第一处理单元26与第二处理单元44通讯连接。
具体地,在本发明中,根据预先测得的第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离以及通过信号发射与接收分别计算测得的从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离,通过下列高度计算公式计算出第一信号发射器22距离控制器4所在位置水平面的高度;
所述高度计算公式为:
H=(d2+L1 2-L2 2)/2d;
其中,H为第一信号发射器22距离控制器4所在位置水平面的高度,d为预先测得的第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离,L1为从第一信号发射器22到信号接收器42之间的距离,L2为从第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离。
具体地,本发明中分别在第一信号发射器22、第二信号发射器24发射信号后开始计时,并分别在信号接收器42接收到第一信号发射器22、及第二信号发射器24发射的信号后结束计时,从而获取第一信号发射器22、及第二信号发射器24分别发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间;
分别将第一信号发射器22、及第二信号发射器24发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间与第一信号发射器22及第二信号发射器24发射的信号的传播速度相乘,从而获得从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离。
具体地,所述目标物体2可以为无人机。
具体地,所述第一信号发射器22、及第二信号发射器24发射的信号可均为红外线、电磁波、或声波。
需要说明的是,请参阅图1,第二信号发射器24所在位置、第二信号发射器24在控制器4所在位置水平面的投影、及信号接收器42所在位置之间构成一个直角三角形,第一信号发射器22所在位置、第一信号发射器22在控制器4所在位置水平面的投影、及信号接收器42所在位置之间也构成一个直角三角形,由于第二信号发射器24设于第一信号发射器22下方,上述两个直角三角形的直角重合,且其中一条直角边重合,根据两个直角三角形的勾股定理,第一信号发射器22距离控制器4所在位置水平面的高度H、从第一信号发射器22到信号接收器42之间的距离L1、从第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离L2、第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离d之间满足所述高度计算公式。由于第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离d是在设置第一信号发射器22与第二信号发射器24时预先测得的,本发明通过使第一信号发射器22、及第二信号发射器24分别发射信号并由信号接收器接收42,根据第一信号发射器22、及第二信号发射器24分别发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间即可计算获得从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离L1、L2,进一步地,将从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离L1、L2、预先测得的第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离d代入所述高度计算公式当中,即可获得第一信号发射器22距离控制器4所在位置水平面的高度H,也即完成了对目标物体2高度的测量,相比于现有的采用雷达发射电磁波束并由目标物体将部分电磁波束反射回雷达而进行高度测量,由于第一信号发射器22、及第二信号发射器24与信号接收器42之间的信号传输是单向的,不会产生由信号反射造成的信号的削弱,因而第一信号发射器22及第二信号发射器24发射的信号的功率相比于现有技术可以设计得更小,能够更加省电,同时单向的信号传输产生的测距的误差较小,使对高度测量的精密度大大提升,可控制在毫米级别,提升测高的准确性。
请参阅图2,基于同一发明构思,本发明还提供一种测量高度的方法,包括如下步骤:
步骤S1、沿高度方向在目标物体2上设置第一测量点与第二测量点,也即第二测量点位于第一测量点下方。
具体地,所述目标物体2可为无人机。
步骤S2、测量第一与第二测量点之间的距离。
步骤S3、测量第一与第二测量点分别到测量位置的距离。
具体地,所述步骤S3包括:
步骤S30、在第一与第二测量点分别设置第一与第二信号发射器22、24,并在目标物体2设置第一处理单元26,所述第一处理单元26与第一信号发射器22及第二信号发射器24电性连接。步骤S2中测得的第一与第二测量点之间的距离即为预先测得的第一与第二信号发射器22、24之间的距离。
步骤S31、在测量位置设置控制器4,所述控制器4具有信号接收器42及与信号接收器42电性连接的第二处理单元44;所述第一处理单元26与第二处理单元44通讯连接。
步骤S32、第一信号发射器22及第二信号发射器24发射信号,信号接收器42接收来自第一信号发射器22及第二信号发射器24的信号。
具体地,分别在第一信号发射器22、第二信号发射器24发射信号后开始计时,并分别在信号接收器42接收到第一信号发射器22、及第二信号发射器24发射的信号后结束计时,从而获取第一信号发射器22、及第二信号发射器24分别发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间。
具体地,所述第一信号发射器22、及第二信号发射器24发射的信号均为红外线、电磁波、或声波。
步骤S33、根据第一信号发射器22及第二信号发射器24分别发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间分别计算获得从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离,也即获得了第一测量点与第二测量点分别到测量位置的距离。
具体地,分别将第一信号发射器22、及第二信号发射器24发射信号至信号被信号接收器42接收所经过的时间与第一信号发射器22及第二信号发射器24发射的信号的传播速度相乘,从而获得从第一信号发射器22与第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离。
步骤S4、计算得出第一测量点距离测量位置所在水平面的高度。
具体地,所述步骤S4通过下列高度计算公式计算得出第一测量点距离测量位置所在水平面的高度;
所述高度计算公式为:
H=(d2+L1 2-L2 2)/2d;
其中,H为第一信号发射器22距离信号接收器42所在位置水平面的高度也即第一测量点距离测量位置所在水平面的高度,d为预先测得的第一信号发射器22与第二信号发射器24之间的距离也即步骤S2中测得的第一测量点与第二测量点之间的距离,L1为从第一信号发射器22到信号接收器42之间的距离也即步骤S3中测得的第一测量点到测量位置的距离,L2为从第二信号发射器24到信号接收器42之间的距离也即步骤S3中测得的第二测量点到测量位置的距离。
需要说明的是,本发明的测量高度的方法,沿高度方向在目标物体上设置第一测量点与第二测量点,并预先测得第一与第二测量点之间的距离,之后在第一测量点与第二测量点上分别设置第一信号发射器22及第二信号发射器24,并在测量位置设置信号接收器42,通过第一信号发射器22及第二信号发射器24向信号接收器42发射信号从而测量第一与第二测量点分别到测量位置的距离,进而计算得出第一测量点距离测量位置所在水平面的高度,相比于现有的采用雷达发射电磁波束并由目标物体将部分电磁波束反射回雷达而进行高度测量,由于第一信号发射器22、及第二信号发射器24与信号接收器42之间的信号传输是单向的,不会产生由信号反射造成的信号的削弱,因而第一信号发射器22及第二信号发射器24发射的信号的功率相比于现有技术可以设计得更小,能够更加省电,同时单向的信号传输产生的测距的误差较小,使对高度测量的精密度大大提升,可控制在毫米级别,提升测高的准确性。
综上所述,本发明的测量高度的系统,包括目标物体及与目标物体通讯连接的控制器,所述目标物体具有第一信号发射器与位于第一信号发射器下方的第二信号发射器,所述控制器具有信号接收器;在测量高度时,使第一、第二信号发射器发射信号并由信号接收器进行接收,根据第一、第二信号发射器分别发射信号至信号被信号接收器接收所经过的时间分别计算获得从第一信号发射器与第二信号发射器到信号接收器之间的距离,并结合预先测得的第一信号发射器与第二信号发射器之间的距离计算出第一信号发射器距离控制器所在位置水平面的高度,完成对高度的测量,信号功率小,测量的精密度高。本发明的测量高度的方法,能够简单有效地对高度进行测量,信号功率小,测量的精密度高。
以上所述,对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形,而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。