CN113447924A - 一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统 - Google Patents

一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统，其方法包括：控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域，计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。本发明提高地形测量的作业效率、适用范围窄和测绘精度。

Description

一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统
技术领域
本发明涉及地形测绘技术领域，尤指一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统。
背景技术
地形测绘主要是对地块权属界线的界址点坐标进行精确测定，并把地块及其附着物的位置、面积、权属关系和利用状况等要素准确地绘制在图纸上和记录在专门的表册中的测绘工作。
传统的地形测绘一般采用人工跑点的作业方式先对地块进行测量，测量过程中使用到全站仪或RTK系统。利用全站仪进行测量时，需要不断的进行搬站定向，作业效率低下。利用RTK系统进行测量时，RTK系统包括固定测量站和移动测量站，固定测量站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动测量站，移动测量站不但接收来自固定测量站的数据，还接收卫星发送的GPS数据，结合计算移动侧两站当前坐标数据；由于PTK系统测量必须使用到GPS数据，而移动测量站经过房屋密集或树木密集的地方时，难以接收到GPS数据，PTK难以固定，无法计算得到移动测量站的当前坐标数据，难以完成地块测量工作，适用范围窄。
因此，现有的地形测绘方法存在作业效率低下、适用范围窄或测绘精度低的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统，实现提高地形测量的作业效率、适用范围窄和测绘精度。
本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法，包括步骤：
控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域，计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；
根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
进一步的，所述获取所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角包括步骤：
在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；
根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角。
进一步的，所述电磁波收发状态信息包括电磁波收发时间差和相位差；所述根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角包括步骤：
根据所述电磁波收发时间差，代入下列公式(1)计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离；
Figure BDA0003139401270000021
根据天线安装间距、所述电磁波波长和相位差，代入下列公式(2)计算得到所述相对夹角；
Figure BDA0003139401270000022
其中，R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，c表示光速，ΔT表示所述电磁波收发时间差，λ表示电磁波波长，ΔΦ表示相位差，L表示天线安装间距。
进一步的，所述根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值包括步骤：
获取所述定位设备测量得到的定位数据；所述定位数据包括所述无人机的经纬度信息和海拔高度信息；
根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(4)计算得到所述无人机与所述探测点之间在左右方向上的行程距离；
S＝sinθ*R (4)；
根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(5)计算得到所述无人机与所述探测点之间在高度方向上的行程高度；
h＝cosθ*R (5)；
根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(6)计算得到所述探测点的纬度值；
Wn＝cosα*S/D (6)；
根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(7)计算得到所述探测点的经度值；
Jn＝sinα*S/(cos(Wn)*D) (7)；
根据所述行程高度和所述海拔高度信息，代入下列公式(8)计算得到所述探测点的海拔高度值；
Figure BDA0003139401270000031
其中，所述R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，S表示所述行程距离，h表示所述行程高度，α表示所述相对距离所在直线与左右方向所在直线之间的夹角，Wn表示第n个探测点的纬度值，Jn表示第n个探测点的经度值，Hn表示第n个探测点的海拔高度值。
进一步的，所述根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图包括步骤：
比对当前探测点的若干个海拔高度值和经纬度值，若不匹配则删除所述当前探测点的海拔高度值和经纬度值；
切换比对下一探测点，直至获取到所述目标区域中所有探测点的若干个海拔高度值和经纬度值匹配为止，根据各探测点分别对应的若干个海拔高度值和经纬度值，绘制生成所述地形图。
本发明还提供一种基于毫米波雷达的无人机测绘系统，包括：
控制模块，用于控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域；
获取模块，用于计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；
处理模块，用于根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
生成模块，用于根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
进一步的，所述获取模块包括：
第一获取子模块，用于在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；
计算子模块，用于根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角。
进一步的，所述电磁波收发状态信息包括电磁波收发时间差和相位差；所述计算子模块包括：
相对距离计算单元，用于根据所述电磁波收发时间差，代入下列公式(1)计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离；
Figure BDA0003139401270000051
相对夹角计算单元，用于根据天线安装间距、所述电磁波波长和相位差，代入下列公式(2)计算得到所述相对夹角；
Figure BDA0003139401270000052
其中，R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，c表示光速，ΔT表示所述电磁波收发时间差，λ表示电磁波波长，ΔΦ表示相位差，L表示天线安装间距。
进一步的，所述处理模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述定位设备测量得到的定位数据；所述定位数据包括所述无人机的经纬度信息和海拔高度信息；
距离计算子模块，用于根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(4)计算得到所述无人机与所述探测点之间在左右方向上的行程距离；
S＝sinθ*R (4)；
高度计算子模块，用于根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(5)计算得到所述无人机与所述探测点之间在高度方向上的行程高度；
h＝cosθ*R (5)；
纬度计算子模块，用于根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(6)计算得到所述探测点的纬度值；
Wn＝cosα*S/D (6)；
经度计算子模块，用于根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(7)计算得到所述探测点的经度值；
Jn＝sinα*S/(cos(Wn)*D) (7)；
海拔计算子模块，用于根据所述行程高度和所述海拔高度信息，代入下列公式(8)计算得到所述探测点的海拔高度值；
Figure BDA0003139401270000061
其中，所述R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，S表示所述行程距离，h表示所述行程高度，α表示所述相对距离所在直线与左右方向所在直线之间的夹角，Wn表示第n个探测点的纬度值，Jn表示第n个探测点的经度值，Hn表示第n个探测点的海拔高度值。
进一步的，所述生成模块包括：
比对子模块，用于比对当前探测点的若干个海拔高度值和经纬度值，若不匹配则删除所述当前探测点的海拔高度值和经纬度值；
生成子模块，用于切换比对下一探测点，直至获取到所述目标区域中所有探测点的若干个海拔高度值和经纬度值匹配为止，根据各探测点分别对应的若干个海拔高度值和经纬度值，绘制生成所述地形图。
通过本发明提供的一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统，能够提高地形测量的作业效率、适用范围窄和测绘精度。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法和系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法的另一个实施例的流程图；
图3是本发明一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法的另一个实施例的流程图；
图4是本发明一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法的探测点与无人机收发电磁波之间关系的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
本发明的一个实施例，如图1所示，一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法，包括：
S100控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域，计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；
具体的，目标区域是指无人机飞行探测的区域，可以是山谷、丘陵地段，也可以是城市地段等允许无人机飞行的地段，整个目标区域由边界和内部区域构成，可以将目标区域离散成若干个探测点。毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达，其工作频率通常选在30～300GHz范围内。本发明的毫米波雷达的工作频段在60～64GHz、76～81GHz之间。本发明首先在无人机底部布置若干颗工作频段为60～64GHz、76～81GHz的毫米波雷达传感器，通过这些无人机底部安装的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描整个目标区域以获取检测数据，然后，处理端(包括安装在无人机上的控制器或者处理器，以及与无人机进行无线通信连接的服务器)就能够通过无线或者有线的方式，从各个毫米波雷达处获取检测数据，进而根据检测数据计算得到无人机与各探测点之间的相对距离，并根据检测数据计算得到无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角。
S200根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
S300根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
具体的，处理端根据上述计算得到的相对距离和相对夹角，以及搭载在无人机上的定位设备的定位数据，计算得到各个探测点的海拔高度值和经纬度值。最后，处理端根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成目标区域的地形图。
本发明适用于如地质勘探、基建、土建、巡检等领域，本发明采用无人机进行探测的形式获取测绘所需图纸，获取测绘参数(目标区域各探测点的海拔高度值和经纬度值)速度快，作业效率高。而且，由于采用无人机进行探测不受地形限制，相对于人工探测而言，可在复杂地形下进行测绘，适用范围广。最后，由于无人机底部安装有若干个毫米波雷达，使得无人机的测绘探测角度变大，示例性的，无人机底部四周安装有毫米波雷达，使得无人机的测绘探测角度达到120°。根据雷达的多普勒效应，处理端可计算出每间隔1米的高度差。本发明可依需求布置若干颗毫米波雷达，对同一位置即同一探测点的海拔高度信息，经纬度值进行复判，不仅仅可以提高目标区域的地形探测精度，亦可增大单次飞行所覆盖的测绘面积。
本发明的一个实施例，如图2所示，一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法，包括：
S110在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；
S120根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角；
S200根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
S300根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
具体的，本实施例与上述实施例相同的部分参见上述实施例，在此不再一一赘述。处理端控制毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，从各个毫米波雷达处获取毫米波雷达的电磁波收发状态信息。由于每个无人机上所安装的天线(包括电磁波发射天线，电磁波接收天线)的安装位置固定，因此，处理端可获取各个天线之间的安装间距即天线安装间距。这样，处理端就可以根据电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角。
本发明适用于如地质勘探、基建、土建、巡检等领域，本发明采用无人机进行探测的形式获取测绘所需图纸，获取测绘参数(目标区域各探测点的海拔高度值和经纬度值)速度快，作业效率高。而且，由于采用无人机进行探测不受地形限制，相对于人工探测而言，可在复杂地形下进行测绘，适用范围广。最后，由于无人机底部安装有若干个毫米波雷达，使得无人机的测绘探测角度变大，示例性的，无人机底部四周安装有毫米波雷达，使得无人机的测绘探测角度达到120°。根据雷达的多普勒效应，处理端可计算出每间隔1米的高度差。本发明可依需求布置若干颗毫米波雷达，对同一位置即同一探测点的海拔高度信息，经纬度值进行复判，不仅仅可以提高目标区域的地形探测精度，亦可增大单次飞行所覆盖的测绘面积。
本发明的一个实施例，如图3所示，一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法，包括：
S110在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；电磁波收发状态信息包括电磁波收发时间差和相位差；
S121根据所述电磁波收发时间差，代入下列公式(1)计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离；
Figure BDA0003139401270000111
S122根据天线安装间距、所述电磁波波长和相位差，代入下列公式(2)计算得到所述相对夹角；
Figure BDA0003139401270000112
其中，R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，c表示光速，ΔT表示所述电磁波收发时间差，λ表示电磁波波长，ΔΦ表示相位差，L表示天线安装间距；
S210获取所述定位设备测量得到的定位数据；所述定位数据包括所述无人机的经纬度信息和海拔高度信息；
S220根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(4)计算得到所述无人机与所述探测点之间在左右方向上的行程距离；
S＝sinθ*R (4)；
S230根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(5)计算得到所述无人机与所述探测点之间在高度方向上的行程高度；
h＝cosθ*R (5)；
S240根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(6)计算得到所述探测点的纬度值；
Wn＝cosα*S/D (6)；
S250根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(7)计算得到所述探测点的经度值；
Jn＝sinα*S/(cos(Wn)*D) (7)；
S260根据所述行程高度和所述海拔高度信息，代入下列公式(8)计算得到所述探测点的海拔高度值；
Figure BDA0003139401270000121
其中，所述R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，S表示所述行程距离，h表示所述行程高度，α表示所述相对距离所在直线与左右方向所在直线之间的夹角，Wn表示第n个探测点的纬度值，Jn表示第n个探测点的经度值，Hn表示第n个探测点的海拔高度值。
具体的，通过毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域进行探测，由于无人机底部一次可获得若干个探测点，如下示意图4所示的探测点A、B、C，……。以探测点A、探测点C为例进行参照上述公式进行换算，UAV(无人机)实时获得北斗、GPS、格洛纳斯系统等定位设备测量得到的定位数据，即通过定位设备实时测量获取无人机的经纬度信息和海拔高度信息，并由无人机内实现安装的Flash内存记录此时无人机的经纬度信息和海拔高度信息。
然后，处理端从无人机的定位设备或者Flash内存处，调取无人机的经纬度信息和海拔高度信息。处理端根据无人机的经纬度信息和海拔高度信息，参照上述公式可以换算出探测点A的经纬度和海拔高度值。
示例性的，假设定位设备检测到的无人机的经纬度信息为纬度每秒距离为30.8m、经度每秒距离为cos该纬度*30.8m。那么，那么，即A点纬度值WA＝cosα*L/30.8m*1秒，A点经度值JA＝sinα*L/(cosWA*30.8m)*1秒。而且，A点海拔高度HA＝无人机飞行的海拔高度信息H-行程高度h，C点海拔高度信息HC＝行程高度h。
S310比对当前探测点的若干个海拔高度值和经纬度值，若不匹配则删除所述当前探测点的海拔高度值和经纬度值；
S320切换比对下一探测点，直至获取到所述目标区域中所有探测点的若干个海拔高度值和经纬度值匹配为止，根据各探测点分别对应的若干个海拔高度值和经纬度值，绘制生成所述地形图。
具体的，处理端将该数据帧即当前与无人机上安装的安装设备所测量得到的经纬度坐标进行记录整合，即依据无人机飞行轨迹及扫描范围，匹配各经纬度下，地形的高度信息。以此类推换算出雷达实时量测到的所有探测点经纬度值以及对应的海拔高度信息，进而根据航迹所在目标区域的实时3D地形测绘数据即所有探测点经纬度值以及对应的海拔高度信息，生成航迹所在目标区域的实时3D地形图。
本发明依需求布置若干颗毫米波雷达，对同一位置即同一探测点的海拔高度信息，经纬度值进行复判核实，不仅仅可以提高目标区域的地形探测精度，亦可增大单次飞行所覆盖的测绘面积。本发明无需依赖人工实地测绘对原始数据的获取，不仅可以节省了人工进行测绘的人力，而且依赖距离计算的公式可以准确获取目标区域的地形数据，可以有效降低目标区域的地形测量误差，使得整体的地形测量结果更加精准，生成更准确，可信的地形图。
本发明还提供一种基于毫米波雷达的无人机测绘系统，包括：
控制模块，用于控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域；
获取模块，用于计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；
处理模块，用于根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
生成模块，用于根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
具体的，本实施例是上述方法实施例对应的系统实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。
进一步的，所述获取模块包括：
第一获取子模块，用于在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；
计算子模块，用于根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角。
具体的，本实施例是上述方法实施例对应的系统实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。
进一步的，所述电磁波收发状态信息包括电磁波收发时间差和相位差；所述计算子模块包括：
相对距离计算单元，用于根据所述电磁波收发时间差，代入下列公式(1)计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离；
Figure BDA0003139401270000141
相对夹角计算单元，用于根据天线安装间距、所述电磁波波长和相位差，代入下列公式(2)计算得到所述相对夹角；
Figure BDA0003139401270000142
其中，R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，c表示光速，ΔT表示所述电磁波收发时间差，λ表示电磁波波长，ΔΦ表示相位差，L表示天线安装间距。
具体的，本实施例是上述方法实施例对应的系统实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。
进一步的，所述处理模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述定位设备测量得到的定位数据；所述定位数据包括所述无人机的经纬度信息和海拔高度信息；
距离计算子模块，用于根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(4)计算得到所述无人机与所述探测点之间在左右方向上的行程距离；
S＝sinθ*R (4)；
高度计算子模块，用于根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(5)计算得到所述无人机与所述探测点之间在高度方向上的行程高度；
h＝cosθ*R (5)；
纬度计算子模块，用于根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(6)计算得到所述探测点的纬度值；
Wn＝cosα*S/D (6)；
经度计算子模块，用于根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(7)计算得到所述探测点的经度值；
Jn＝sinα*S/(cos(Wn)*D) (7)；
海拔计算子模块，用于根据所述行程高度和所述海拔高度信息，代入下列公式(8)计算得到所述探测点的海拔高度值；
Figure BDA0003139401270000151
其中，所述R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，S表示所述行程距离，h表示所述行程高度，α表示所述相对距离所在直线与左右方向所在直线之间的夹角，Wn表示第n个探测点的纬度值，Jn表示第n个探测点的经度值，Hn表示第n个探测点的海拔高度值。
具体的，本实施例是上述方法实施例对应的系统实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。
进一步的，所述生成模块包括：
比对子模块，用于比对当前探测点的若干个海拔高度值和经纬度值，若不匹配则删除所述当前探测点的海拔高度值和经纬度值；
生成子模块，用于切换比对下一探测点，直至获取到所述目标区域中所有探测点的若干个海拔高度值和经纬度值匹配为止，根据各探测点分别对应的若干个海拔高度值和经纬度值，绘制生成所述地形图。
具体的，本实施例是上述方法实施例对应的系统实施例，具体效果参见上述方法实施例，在此不再一一赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中，也可是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序单元的形式实现。另外，各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于毫米波雷达的无人机测绘方法，其特征在于，包括步骤：
控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域，计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；
根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的无人机测绘方法，其特征在于，所述获取所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角包括步骤：
在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；
根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角。
3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的无人机测绘方法，其特征在于，所述电磁波收发状态信息包括电磁波收发时间差和相位差；所述根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角包括步骤：
根据所述电磁波收发时间差，代入下列公式(1)计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离；
Figure FDA0003139401260000011
根据天线安装间距、所述电磁波波长和相位差，代入下列公式(2)计算得到所述相对夹角；
Figure FDA0003139401260000012
其中，R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，c表示光速，ΔT表示所述电磁波收发时间差，λ表示电磁波波长，ΔΦ表示相位差，L表示天线安装间距。
4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的无人机测绘方法，其特征在于，所述根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值包括步骤：
获取所述定位设备测量得到的定位数据；所述定位数据包括所述无人机的经纬度信息和海拔高度信息；
根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(4)计算得到所述无人机与所述探测点之间在左右方向上的行程距离；
S＝sinθ*R (4)；
根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(5)计算得到所述无人机与所述探测点之间在高度方向上的行程高度；
h＝cosθ*R (5)；
根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(6)计算得到所述探测点的纬度值；
Wn＝cosα*S/D (6)；
根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(7)计算得到所述探测点的经度值；
Jn＝sinα*S/(cos(Wn)*D) (7)；
根据所述行程高度和所述海拔高度信息，代入下列公式(8)计算得到所述探测点的海拔高度值；
Figure FDA0003139401260000021
其中，所述R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，S表示所述行程距离，h表示所述行程高度，α表示所述相对距离所在直线与左右方向所在直线之间的夹角，Wn表示第n个探测点的纬度值，Jn表示第n个探测点的经度值，Hn表示第n个探测点的海拔高度值。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于毫米波雷达的无人机测绘方法，其特征在于，所述根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图包括步骤：
比对当前探测点的若干个海拔高度值和经纬度值，若不匹配则删除所述当前探测点的海拔高度值和经纬度值；
切换比对下一探测点，直至获取到所述目标区域中所有探测点的若干个海拔高度值和经纬度值匹配为止，根据各探测点分别对应的若干个海拔高度值和经纬度值，绘制生成所述地形图。
6.一种基于毫米波雷达的无人机测绘系统，其特征在于，包括：
控制模块，用于控制安装于无人机底部的若干个毫米波雷达发射电磁波以扫描目标区域；
获取模块，用于计算所述无人机与各探测点之间的相对距离，以及所述无人机与各探测点在高度方向上的相对夹角；所述目标区域包括若干个探测点；
处理模块，用于根据所述相对距离和相对夹角，以及搭载在所述无人机上的定位设备的定位数据，计算得到所述探测点的海拔高度值和经纬度值；
生成模块，用于根据所有探测点的海拔高度值和经纬度值，生成所述目标区域的地形图。
7.根据权利要求6所述的基于毫米波雷达的无人机测绘系统，其特征在于，所述获取模块包括：
第一获取子模块，用于在所述毫米波雷达发射电磁波扫描目标区域后，获取所述毫米波雷达的电磁波收发状态信息；
计算子模块，用于根据所述电磁波收发状态信息和天线安装间距，计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离和相对夹角。
8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的无人机测绘系统，其特征在于，所述电磁波收发状态信息包括电磁波收发时间差和相位差；所述计算子模块包括：
相对距离计算单元，用于根据所述电磁波收发时间差，代入下列公式(1)计算得到所述无人机与各探测点之间的相对距离；
Figure FDA0003139401260000041
相对夹角计算单元，用于根据天线安装间距、所述电磁波波长和相位差，代入下列公式(2)计算得到所述相对夹角；
Figure FDA0003139401260000042
其中，R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，c表示光速，ΔT表示所述电磁波收发时间差，λ表示电磁波波长，ΔΦ表示相位差，L表示天线安装间距。
9.根据权利要求6所述的基于毫米波雷达的无人机测绘系统，其特征在于，所述处理模块包括：
第二获取子模块，用于获取所述定位设备测量得到的定位数据；所述定位数据包括所述无人机的经纬度信息和海拔高度信息；
距离计算子模块，用于根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(4)计算得到所述无人机与所述探测点之间在左右方向上的行程距离；
S＝sinθ*R (4)；
高度计算子模块，用于根据所述相对距离、相对夹角，代入下列公式(5)计算得到所述无人机与所述探测点之间在高度方向上的行程高度；
h＝cosθ*R (5)；
纬度计算子模块，用于根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(6)计算得到所述探测点的纬度值；
Wn＝cosα*S/D (6)；
经度计算子模块，用于根据所述行程距离，经纬度信息，代入下列公式(7)计算得到所述探测点的经度值；
Jn＝sinα*S/(cos(Wn)*D) (7)；
海拔计算子模块，用于根据所述行程高度和所述海拔高度信息，代入下列公式(8)计算得到所述探测点的海拔高度值；
Figure FDA0003139401260000051
其中，所述R表示所述相对距离，θ表示所述相对夹角，S表示所述行程距离，h表示所述行程高度，α表示所述相对距离所在直线与左右方向所在直线之间的夹角，Wn表示第n个探测点的纬度值，Jn表示第n个探测点的经度值，Hn表示第n个探测点的海拔高度值。
10.根据权利要求6-9任一项所述的基于毫米波雷达的无人机测绘系统，其特征在于，所述生成模块包括：
比对子模块，用于比对当前探测点的若干个海拔高度值和经纬度值，若不匹配则删除所述当前探测点的海拔高度值和经纬度值；
生成子模块，用于切换比对下一探测点，直至获取到所述目标区域中所有探测点的若干个海拔高度值和经纬度值匹配为止，根据各探测点分别对应的若干个海拔高度值和经纬度值，绘制生成所述地形图。
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