CN111025298A - 一种无人机地形勘测系统 - Google Patents

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魏静平
陈冲
申艳
邵艳超
杨欣
刘宜君
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Abstract

本发明涉及一种无人机地形勘测系统，包括无人机和地面站，无人机上搭载有飞行控制模块、图像采集模块、无线传输模块、GPS模块、距离传感器、姿态传感器；图像采集模块连接无线传输模块，飞行控制模块分别连接距离传感器、姿态传感器和GPS模块，地面站包括控制中心和与其连接的人机交互设备，无线传输模块与控制中心连接，控制中心包括数据处理模块和算法模块，人机交互设备用于输入控制无人机的指令，并查看数据处理模块生成的三维模型以及算法模块分析的测距结果。本发明具有地形勘测简便、准确度高、成本低、效率高、安全性好的特点。

Description

一种无人机地形勘测系统
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种无人机地形勘测系统。
背景技术
人们看到的反映地球表面形态和面貌的地形图是相当复杂的。不论是地形起伏变化的山区，还是河流湖塘水网密集的水乡平原，图上各种各样的地貌和地物符号都准确地反映了地面的实际情况。
人工进行地形勘测是最原始有效的方法，采用人力去进行地形勘测效率极低，耗费大量的人力和物力，时间成本较大，又由于地形差距较大，以及人员勘测的差错问题， 使人工勘测精度不高，效果不理想。另外人工勘测都需要到实地进行勘测，有的甚至要在深山中进行勘测，导致勘测人员在勘测作业中危险性极高；当需要勘测的面积极大，需要多个人员同时进行勘测，并且勘测时间长，导致现在的地形勘测作业的成本大大提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机地形勘测系统，该系统解决了现有地形勘测难度大、准确度低、成本高、效率低、勘测人员的危险性大的问题。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种无人机地形勘测系统，包括无人机和地面站，所述无人机上搭载有飞行控制模块、图像采集模块、无线传输模块、GPS模块、距离传感器、姿态传感器；所述图像采集模块用于对地面图像信息的采集，GPS模块用于采集无人机的位置信息，姿态传感器用于采集无人机姿态信息，距离传感器用于采集无人机与地面的距离信息，所述图像采集模块连接无线传输模块，所述飞行控制模块分别连接距离传感器、姿态传感器和GPS模块，所述地面站包括控制中心和与其连接的人机交互设备，所述无线传输模块与控制中心连接，所述控制中心包括算法模块和数据处理模块，所述人机交互设备用于输入控制无人机的指令，并查看数据处理模块生成的三维模型以及算法模块分析的测距结果。
通过采用上述技术方案，飞行控制模块通过无线传输模块连接地面站，地面站的控制中心用于接收图像信息、位置信息和姿态信息，数据处理模块依据接收的图像信息通过数据处理软件将采集图像数据纳入统一的坐标系并生成三维模型，人机交互设备用于查看数据处理模块和算法模块的分析结果并输入控制无人机的指令。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述距离传感器为毫米波雷达。
通过采用上述技术方案，基于毫米波雷达可实时准确地检测无人机与地面目标之间的距离信息。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述毫米波雷达包括依次连接成环状的射频模块、锁相环模块和信号处理模块，所述锁相环模块用于控制射频模块发射调制波，所述射频模块接收地面目标回波信号并经混频处理输出至信号处理模块，所述信号处理模块输出地面目标距离信息。
通过采用上述技术方案，毫米波雷达安装在无人机的下侧，通过射频模块向下方发射电磁波信号，检测目标的回波信号，判断地面目标与无人机的相对高度。
通过锁相环模块控制射频模块发射所需调制波形，具有频率调制线性度好，测量距离稳定，抗地面杂波和飞机控制模块的电磁干扰能力强。
毫米波雷达与无人机的飞行控制模块连接，将实时检测到的目标距离信息提供给飞控系统，引导无人机飞行在稳定高度。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述射频模块连接收发天线，所述收发天线设有多个垂直极化辐射模块。
通过采用上述技术方案，收发天线具体采用一发一收的包含多个垂直极化辐射模块，提高毫米波雷达测距的精准性，以及抗干扰能力。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述射频模块发射频率为77GHz。
通过采用上述技术方案，使用77GHz毫米波雷达技术，测量距离远且测距精确，能实现全天候勘测飞行，且智能化程度更高，提高系统对外界环境的适应性和稳定性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为： 图像采集模块为五镜头倾斜摄影机。
通过采用上述技术方案，五镜头倾斜相机采用五个方位进行数据采集，分为正摄、前视、后视、左视、右视，获取高精度的位置，通过数据处理模块进行数据处理，将所有影像纳入到统一的坐标系统中，生成三维模型。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述无人机还设有与飞行控制模块连接的磁传感器。
通过采用上述技术方案，磁传感器通过测量地球磁场来确定无人机航向角，能够为飞行控制系统提供无人机的航向和方向定位信息，磁传感器的测量数据得到无人机的姿态信息，从而使得无人机能够进行导航制导与控制。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
本发明通过飞行控制模块控制无人机的正常飞行，通过图像采集模块采集地面图像，通过无线传输模块将数据信息传送给地面站，数据处理模块依据接收的图像信息生成三维模型，人机交互设备查看数据处理模块和算法模块的分析结果并输入控制无人机的指令，可以提高地形勘测的准确性、极大提高了勘测效率、降低了成本。
本发明通过设置毫米波雷达可以实时采集无人机与地面之间的距离信息，通过锁相环控制射频模块发射调制波形，具有测量距离远，测量稳定的特点。
附图说明
图1是本发明功能模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的目的是提供一种无人机地形勘测系统，该系统解决了现有地形勘测难度大、准确度低、成本高、勘测人员的危险性大的问题。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明一种无人机地形勘测系统，包括无人机和地面站，无人机上搭载有飞行控制模块、图像采集模块、无线传输模块、GPS模块、距离传感器、姿态传感器；图像采集模块用于对地面图像信息的采集，GPS模块用于采集无人机的位置信息，姿态传感器用于采集无人机姿态信息，距离传感器用于采集无人机与地面的距离信息，图像采集模块连接无线传输模块，飞行控制模块分别连接距离传感器、姿态传感器和GPS模块，地面站包括控制中心和与其连接的人机交互设备，无线传输模块与控制中心连接，控制中心包括算法模块和数据处理模块，人机交互设备用于输入控制无人机的指令，并查看数据处理模块生成的三维模型以及算法模块分析的测距结果。
地面站的控制中心用于接收图像信息、位置信息和姿态信息，数据处理模块依据接收的图像信息通过数据处理软件将采集图像数据纳入统一的坐标系并生成三维模型，人机交互设备用于查看数据处理模块和算法模块的分析结果并输入控制无人机的指令。
本实施例中的距离传感器为77GHz毫米波雷达，具有测量距离远且测距精确，能实现全天候勘测飞行，且智能化程度更高，提高系统对外界环境的适应性和稳定性。毫米波雷达可实时检测无人机与地面目标之间的距离信息。
毫米波雷达安装在无人机的下侧，包括依次连接成环状的射频模块、锁相环模块和信号处理模块，锁相环模块用于控制射频模块发射调制波，射频模块接收地面目标回波信号并经混频处理输出至信号处理模块，信号处理模块输出地面目标距离信息。
毫米波雷达通过射频模块向下方发射电磁波信号，检测目标的回波信号，判断地面目标与无人机的相对高度，通过锁相环模块控制射频模块发射所需调制波形，具有频率调制线性度好，测量距离稳定，抗地面杂波和飞机控制模块的电磁干扰能力强，毫米波雷达与无人机的飞行控制模块连接，将实时检测到的目标距离信息提供给飞控系统，引导无人机飞行在稳定高度。
本实施例中，射频模块还连接收发天线，收发天线设有多个垂直极化辐射模块。在具体应用实施例中，收发天线具体采用一发一收的阵列天线，收发天线各包含40个垂直极化辐射模块。
本实施例的图像采集模块为五镜头倾斜摄影机，五镜头倾斜相机能够获取高精度的位置和姿态信息，通过数据处理模块进行数据处理，并将所有图像纳入到统一的坐标系统中生成三维模型。
本实施例的无人机还设有与飞行控制模块连接的磁传感器，通过磁传感器的测量数据便可得无人机的姿态信息，从而使得无人机能够进行导航制导与控制。
本发明在具体使用时，首先通过人机交互设备控制无人机飞至待测区域上空，并开启图像采集模块进行地面图像采集，无线传输模块实时将图像信息、位置信息、姿态信息传输给控制中心，控制中心的图像处理模块和算法模块处理接收到的数据信息，并通过人机交互设备可以查看数据处理模块和算法模块处理的结果， 在人机交互设备中可以查看三维模型以及地形数据。
通过人机交互设备还可以实时查看无人机的飞行状态，通过相关数据的查看及时调整飞机的飞行线路及姿态，保证无人机的安全飞行及建模数据符合要求。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机地形勘测系统，其特征在于，包括无人机和地面站，所述无人机上搭载有飞行控制模块、图像采集模块、无线传输模块、GPS模块、距离传感器、姿态传感器；所述图像采集模块用于对地面图像信息的采集，GPS模块用于采集无人机的位置信息，姿态传感器用于采集无人机姿态信息，距离传感器用于采集无人机与地面的距离信息，所述图像采集模块连接无线传输模块，所述飞行控制模块分别连接距离传感器、姿态传感器和GPS模块，所述地面站包括控制中心和与其连接的人机交互设备，所述无线传输模块与控制中心连接，所述控制中心包括算法模块和数据处理模块，所述人机交互设备用于输入控制无人机的指令，并查看数据处理模块生成的三维模型以及算法模块分析的测距结果。
2.如权利要求1的无人机地形勘测系统，其特征在于，所述距离传感器为毫米波雷达。
3.如权利要求2的无人机地形勘测系统，其特征在于，所述毫米波雷达包括依次连接成环状的射频模块、锁相环模块和信号处理模块，所述锁相环模块用于控制射频模块发射调制波，所述射频模块接收地面目标回波信号并经混频处理输出至信号处理模块，所述信号处理模块输出地面目标距离信息。
4.如权利要求3的无人机地形勘测系统，其特征在于，所述射频模块连接收发天线，所述收发天线设有多个垂直极化辐射模块。
5.如权利要求3或4的无人机地形勘测系统，其特征在于, 所述射频模块发射频率为77GHz。
6.如权利要求1的无人机地形勘测系统，其特征在于，所述图像采集模块为五镜头倾斜摄影机。
7.如权利要求1的无人机地形勘测系统，其特征在于，所述无人机还设有与飞行控制模块连接的磁传感器。
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