一种大地测量系统及其操作方法与流程

本发明涉及大地测量技术领域，特别涉及一种大地测量系统及其操作方法。

背景技术：

自古以来已经知道用于测量一个或更多个测量点的各种大地测量装置。在这种情况下，作为标准，记录空间数据、距离和方向、或者从测量装置到要测量的测量点之间的角度。具体地，与可能存在的参照点一起来获取测量装置的绝对位置。

现有的大地测量装置的广泛已知的示例包括经纬仪、视距仪或全站仪，它们也被称为电子视距仪或计算机视距仪。

但是现有的大地测量装置易受大气因素，存在一定的系统误差，且用常规激光测距中由于地形因素带来的多径影响，导致测量结果的误差较大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种大地测量系统及其操作方法，解决了现有技术中测量结果的误差较大的问题。

本发明实施例提供一种大地测量系统，包括：支架，所述支架包括至少两个支撑腿，且所述支撑腿为可伸缩式支撑腿，所述支撑腿的顶部固定连接有连接座，所述连接座内部设有驱动电机，所述驱动电机的顶端设置有电机轴，所述电机轴的顶端设置有载物平台，以使驱动电机驱动所述电机轴带动所述载物平台进行旋转，所述载物平台的顶部固定连接有至少两个固定杆，每个所述固定杆的顶部活动连接有调节螺杆，所述调节螺杆的顶部固定连接有固定架，所述固定架上活动连接有雷达测距仪；

所述大地测量系统还包括：电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器、gps接收机和处理设备，所述电子罗盘、所述高度计、所述倾角仪、gps接收机均集成在所述底座内部，所述角度传感器设置在固定架与雷达测距仪的连接处，所述处理设备设置在所述连接座的顶部，且所述驱动电机、所述电子罗盘、所述高度计、所述倾角仪、所述角度传感器、所述gps接收机均与所述处理设备电联接；

所述电子罗盘，用于获取雷达测距仪相对于正北方向的夹角；所述高度计，用于获取载物平台的海拔高度；所述倾角仪，用于获取载物平台相对于水平面的夹角；所述角度传感器，用于获取雷达测距仪相对于载物平台的夹角；所述gps接收机，用于获取载物平台在地球坐标系中的位置；

所述雷达测距仪包括：多个通道和数字处理模块，每个通道中均设置有定向天线和射频模块，所述定向天线连接所述射频模块，所述射频模块连接所述数字处理模块，所述数字处理模块连接所述处理设备；每个通道均依次通过射频模块和定向天线发送一个脉冲序列，并将每一个通道的发送脉冲序列发送至数字处理模块；其中，多个通道的多个脉冲序列同时发送；每个通道均依次通过定向天线和射频模块接收一个脉冲序列，且射频模块将接收脉冲序列发送至数字处理模块；

所述数字处理模块将每一个通道的接收脉冲序列与发送脉冲序列求相关运算，得到相关值，并将多个相关值进行合并，得到累加相关值；并对累加相关值进行峰值检测获取最大峰值，将最大峰值与门限进行比较，当最大峰值大于门限时，获取最大峰值对应的时间，并将所述最大峰值对应的时间传输至所述处理设备；其中，所述最大峰值对应的时间为雷达测距仪从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均时延；

所述处理设备，用于根据雷达测距仪从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均的时延计算出雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离；用于根据雷达测距仪相对于载物平台的夹角和载物平台相对于水平面的夹角，确定雷达测距仪相对于水平面的夹角；用于根据雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪相对于水平面的夹角确定雷达测距仪相对于目标物体的水平直线距离；根据雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪相对于水平面的夹角确定雷达测距仪相对于目标物体的垂直高度差；用于根据载物平台在地球坐标系中的位置、雷达测距仪相对于目标物体的水平直线距离和雷达测距仪相对于正北方向的夹角，确定目标物体在地球坐标系中的位置；以及用于根据载物平台的海拔高度和雷达测距仪相对于目标物体的垂直高度差确定目标物体的海拔高度。

较佳的，所述数字处理模块为dsp芯片。

较佳的，所述处理设备包括：处理器、输入模块、存储模块和显示模块，所述处理器分别与所述输入模块、所述存储模块和所述显示模块连接。

较佳的，所述处理器为arm处理器。

本发明实施例提供一种大地测量系统的的操作方法，包括如下步骤：

s1、打开所述大地测量系统的总开关，待大地测量系统完全启动后，打开驱动电机的控制开关启动驱动电机，驱动电机轴带动载物平台进行旋转；

s2、当所述载物平台转动预设角度后，关闭所述驱动电机的控制开关，驱动电机将关闭信号发送给处理设备，处理设备在接收到所述关闭信号后，向电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器和gps接收机均发送获取指令；

s3、所述电子罗盘获取雷达测距仪相对于正北方向的夹角，并将所述雷达测距仪相对于正北方向的夹角发送给处理设备；所述高度计获取载物平台的海拔高度，并将所述海拔高度发送给处理设备；

所述倾角仪获取载物平台相对于水平面的夹角，并将所述载物平台相对于水平面的夹角发送给处理设备；

所述角度传感器获取雷达测距仪相对于载物平台的夹角；并将雷达测距仪相对于载物平台的夹角发送给处理设备；

所述gps接收机获取载物平台在地球坐标系中的位置，并将载物平台在地球坐标系中的位置发送给处理设备；

s4、所述处理设备向所述雷达测距仪发送测距指令，所述雷达测距仪接收到测距指令后同时发送多个脉冲序列，多个脉冲序列与多个通道一一对应；

s5、所述数字处理模块接收到多个脉冲序列后，依次将每个接收脉冲序列与对应的发送脉冲序列求相关运算，得到相关值，并将多个相关值进行合并，得到累加相关值；并对累加相关值进行峰值检测获取最大峰值，将最大峰值与门限进行比较，当最大峰值大于门限时，获取最大峰值对应的时间，并将所述最大峰值对应的时间传输至所述处理设备；其中，所述最大峰值对应的时间为雷达测距仪从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均时延；

s6、所述处理设备根据雷达测距仪从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均时延计算出雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离；

根据雷达测距仪相对于载物平台的夹角和载物平台相对于水平面的夹角，确定雷达测距仪相对于水平面的夹角；

根据雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪相对于水平面的夹角确定雷达测距仪相对于目标物体的水平直线距离；

根据雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪相对于水平面的夹角确定雷达测距仪相对于目标物体的垂直高度差；

根据载物平台在地球坐标系中的位置、雷达测距仪相对于目标物体的水平直线距离和雷达测距仪相对于正北方向的夹角，确定目标物体在地球坐标系中的位置；

根据载物平台的海拔高度和雷达测距仪相对于目标物体的垂直高度差确定目标物体的海拔高度；

s7、所述处理设备显示目标物体的海拔高度和目标物体在地球坐标系中的位置。

本发明的有益效果：本发明提供的大地测量系统及其操作方法，本发明通过多通道的雷达测距仪对目标物体进行监测，返回接收脉冲序列，数字处理模块接收到多个脉冲序列后，依次将每个接收脉冲序列与对应的发送脉冲序列求相关运算，得到相关值，并将多个相关值进行合并，得到累加相关值；并对累加相关值进行峰值检测获取最大峰值，将最大峰值与门限进行比较，当最大峰值大于门限时，获取最大峰值对应的时间，从而处理设备可获得雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离，也即通过多个相关值进行累加的方式，增大了确定目标物体的空间直线距离的准确度，由于多天线合并技术提高了合并的增益，可增大测量的距离。另外，处理设备根据电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器和gps接收机分别获取的相应数据确定目标物体的海拔高度和目标物体在地球坐标系中的位置，也即，电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器和gps接收机的配合使用可减少测量的误差，且本发明的多通道雷达测距的方式避免了由于多径影响，带来测距误差较大的问题，也能解决常规激光和目视测量下由于受大气影响，带来测距误差较大的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种大地测量系统的外观示意图；

图2是本发明实施例提供的一种大地测量系统中的电路连接示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种大地测量系统中的电路连接示意图；

图4是本发明实施例提供的确定目标物体的垂直高度差和目标物体的水平直线距离的示意图；

图5是本发明实施例提供的如何确定目标物体在地球坐标系中的位置的示意图。

附图标记：

1、连接座；2、驱动电机；3、电机轴；4、载物平台；5、固定杆；6、调节螺杆；7、固定架；8、雷达测距仪；9、支撑腿；10、电子罗盘；11、高度计；12、倾角仪；13、角度传感器；14、gps接收机；15、处理设备；801、定向天线；802、射频模块；803、数字处理模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种大地测量系统的外观示意图，该大地测量系统包括支架，该支架包括至少两个支撑腿9，且该支撑腿9为可伸缩式支撑腿，该支撑腿9的顶部固定连接有连接座1，该连接座1内部设有驱动电机2，该驱动电机2的顶端设置有电机轴，该电机轴的顶端设置有载物平台4，以使驱动电机2驱动该电机轴带动该载物平台4进行旋转，该载物平台4的顶部固定连接有至少两个固定杆5，每个该固定杆5的顶部活动连接有调节螺杆6，该调节螺杆6的顶部固定连接有固定架7，该固定架7上活动连接有雷达测距仪8。

其中，支撑腿9的数量为3个，固定杆5的数量为3个，调节螺杆6的数量为3个。

另外，固定杆5的内侧面设有内螺纹，调节螺杆6的外侧面设有外螺纹，该内螺纹与该外螺纹螺纹连接，以实现调节调节螺杆6的伸缩，来改变固定架7的高度，从而改变雷达测距仪8的发射角度，通调节不同的调节螺杆6达到多角度调节。

需要说明的是，内螺纹与该外螺纹螺纹连接实现调节调节螺杆6的伸缩是本发明实施例的一种方式，也即，固定杆与调节螺杆6还可通过其他方式实现调节调节螺杆6的伸缩。比如，调节螺杆6套设在固定杆5内，通过紧固装置进行固定。

再者，本发明实施例通过驱动电机2驱动该电机轴带动该载物平台4进行旋转，可实现雷达测距仪8处于不同的方位，便于不同方位目标物体的测量。

需要说明的是，处理设备15控制驱动电机2的带动载物平台进行旋转的角度。

具体地，该大地测量系统包括：电子罗盘10、高度计11、倾角仪12、角度传感器13、gps接收机14和处理设备15，该电子罗盘10、该高度计11、该倾角仪12、gps接收机14均集成在该底座1内部，该角度传感器13设置在固定架7与雷达测距仪8的连接处，该处理设备15设置在该连接座1的顶部，且该驱动电机2、该电子罗盘10、该高度计11、该倾角仪12、该角度传感器13、该gps接收机14均与该处理设备15电联接。电路连接如图2所示。

具体地，该电子罗盘10，用于获取雷达测距仪8相对于正北方向的夹角；该高度计11，用于获取载物平台4的海拔高度；该倾角仪12，用于获取载物平台4相对于水平面的夹角；该角度传感器13，用于获取雷达测距仪8相对于载物平台4的夹角；该gps接收机14，用于获取载物平台4在地球坐标系中的位置。

其中，电子罗盘10的型号为fad-dcm-r232。

另外，高度计11的型号为mw31-bkt381。

再者，gps接收机14的型号为bsd3/sps36；倾角仪12的型号为syk7-dp-45、d1024igi338或digital-360-00；角度传感器13的型号为sh105-kmt。

图3是本发明实施例提供的另一种大地测量系统中的电路连接示意图；，该雷达测距仪8包括：多个通道和数字处理模块，如图3所示，每个通道中均设置有定向天线801和射频模块802，该定向天线801连接该射频模块802，该射频模块802连接该数字处理模块803，该数字处理模块803连接该处理设备15；每个通道均依次通过射频模块802和定向天线801发送一个脉冲序列，并将每一个通道的发送脉冲序列发送至数字处理模块；其中，多个通道的多个脉冲序列同时发送；每个通道均依次通过定向天线801和射频模块802接收一个脉冲序列，且射频模块802将接收脉冲序列发送至数字处理模块802。

具体地，该数字处理模块803将每一个通道的接收脉冲序列与发送脉冲序列求相关运算，得到相关值，并将多个相关值进行合并，得到累加相关值；并对累加相关值进行峰值检测获取最大峰值，将最大峰值与门限进行比较，当最大峰值大于门限时，获取最大峰值对应的时间，并将该最大峰值对应的时间传输至该处理设备15；其中，该最大峰值对应的时间为雷达测距仪8从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均时延。

其中，该数字处理模块为dsp芯片。

另外，每个射频模块与其余射频模块的频段不相同，避免了由于信号的干扰，带来的测量误差。

具体地，该处理设备15，用于根据雷达测距仪8从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均的时延计算出雷达测距仪8相对于目标物体的空间直线距离；用于根据雷达测距仪8相对于载物平台4的夹角和载物平台4相对于水平面的夹角，确定雷达测距仪8相对于水平面的夹角；用于根据雷达测距仪8相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪8相对于水平面的夹角确定雷达测距仪8相对于目标物体的水平直线距离；根据雷达测距仪8相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪8相对于水平面的夹角确定雷达测距仪8相对于目标物体的垂直高度差；用于根据载物平台4在地球坐标系中的位置、雷达测距仪8相对于目标物体的水平直线距离和雷达测距仪8相对于正北方向的夹角，确定目标物体在地球坐标系中的位置；以及用于根据载物平台4的海拔高度和雷达测距仪8相对于目标物体的垂直高度差确定目标物体的海拔高度。

其中，处理设备15按照如下公式(1)计算出雷达测距仪8相对于目标物体的空间直线距离。

其中，l为雷达测距仪8相对于目标物体的空间直线距离，c为光速；t为雷达测距仪8从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均的时延。

根据图4，比如，雷达测距仪8相对于载物平台4的夹角θ，载物平台4相对于水平面的夹角β，则根据雷达测距仪8相对于载物平台4的夹角和载物平台4相对于水平面的夹角，确定雷达测距仪8相对于水平面的夹角γ＝θ-β。

进一步地，按照公式(2)确定雷达测距仪8相对于目标物体的水平直线距离。

d＝l·cosγ(2)

其中，d为雷达测距仪8相对于目标物体的水平直线距离。

进一步地，按照公式(3)确定雷达测距仪8相对于目标物体的垂直高度差。

h＝l·sinγ(3)

其中，h为雷达测距仪8相对于目标物体的垂直高度差。

进一步地，根据图5所示，根据载物平台4在地球坐标系中的位置、雷达测距仪8相对于目标物体的水平直线距离和雷达测距仪8相对于正北方向的夹角，按照如下方式(4)确定目标物体在地球坐标系中的位置。

其中，x,y为目标物体在地球坐标系中的位置，α为雷达测距仪8相对于正北方向的夹角。

进一步地，根据载物平台4的海拔高度和雷达测距仪8相对于目标物体的垂直高度差，按照如下方式(5)，确定目标物体的海拔高度。

z＝z0+h(5)

其中，z0为载物平台4的海拔高度。

可选地，该处理设备15包括：处理器、输入模块、存储模块和显示模块，处理器分别与输入模块、存储模块和显示模块连接。

其中，该处理器为arm处理器。

本发明实施例提供的一种大地测量系统的操作方法的流程示意图，该大地测量系统的操作方法包括：

s1、打开该大地测量系统的总开关，待大地测量系统完全启动后，打开驱动电机的控制开关启动驱动电机，驱动电机轴带动载物平台进行旋转。

其中，s1过程还包括处理设备向该驱动电机发送载物平台的旋转角度。

s2、当该载物平台转动预设角度后，关闭该驱动电机的控制开关，驱动电机将关闭信号发送给处理设备，处理设备在接收到该关闭信号后，向电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器和gps接收机均发送获取指令。

s3、电子罗盘获取雷达测距仪相对于正北方向的夹角，并将该雷达测距仪相对于正北方向的夹角发送给处理设备；该高度计获取载物平台的海拔高度，并将该海拔高度发送给处理设备。

倾角仪获取载物平台相对于水平面的夹角，并将该载物平台相对于水平面的夹角发送给处理设备。

角度传感器获取雷达测距仪相对于载物平台的夹角；并将雷达测距仪相对于载物平台的夹角发送给处理设备。

gps接收机获取载物平台在地球坐标系中的位置，并将载物平台在地球坐标系中的位置发送给处理设备。

s4、处理设备向该雷达测距仪发送测距指令，该雷达测距仪接收到测距指令后同时发送多个脉冲序列，多个脉冲序列与多个通道一一对应。

s5、数字处理模块接收到多个脉冲序列后，依次将每个接收脉冲序列与对应的发送脉冲序列求相关运算，得到相关值，并将多个相关值进行合并，得到累加相关值；并对累加相关值进行峰值检测获取最大峰值，将最大峰值与门限进行比较，当最大峰值大于门限时，获取最大峰值对应的时间，并将该最大峰值对应的时间传输至该处理设备；其中，该最大峰值对应的时间为雷达测距仪从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均时延。

s6、处理设备根据雷达测距仪从发射多个脉冲序列到接收到多个脉冲序列的平均时延计算出雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离。

根据雷达测距仪相对于载物平台的夹角和载物平台相对于水平面的夹角，确定雷达测距仪相对于水平面的夹角。

根据雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪相对于水平面的夹角确定雷达测距仪相对于目标物体的水平直线距离。

根据雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离和雷达测距仪相对于水平面的夹角确定雷达测距仪相对于目标物体的垂直高度差。

根据载物平台在地球坐标系中的位置、雷达测距仪相对于目标物体的水平直线距离和雷达测距仪相对于正北方向的夹角，确定目标物体在地球坐标系中的位置。

根据载物平台的海拔高度和雷达测距仪相对于目标物体的垂直高度差确定目标物体的海拔高度。

s7、处理设备显示目标物体的海拔高度和目标物体在地球坐标系中的位置。

本发明提供的大地测量系统及其操作方法，本发明通过多通道的雷达测距仪对目标物体进行监测，返回接收脉冲序列，数字处理模块接收到多个脉冲序列后，依次将每个接收脉冲序列与对应的发送脉冲序列求相关运算，得到相关值，并将多个相关值进行合并，得到累加相关值；并对累加相关值进行峰值检测获取最大峰值，将最大峰值与门限进行比较，当最大峰值大于门限时，获取最大峰值对应的时间，从而处理设备可获得雷达测距仪相对于目标物体的空间直线距离，也即通过多个相关值进行累加的方式，增大了确定目标物体的空间直线距离的准确度，由于多天线合并技术提高了合并的增益，可增大测量的距离。另外，处理设备根据电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器和gps接收机分别获取的相应数据确定目标物体的海拔高度和目标物体在地球坐标系中的位置，也即，电子罗盘、高度计、倾角仪、角度传感器和gps接收机的配合使用可减少测量的误差，且本发明的多通道雷达测距的方式避免了由于多径影响，带来测距误差较大的问题，也能解决常规激光和目视测量下由于受大气影响，带来测距误差较大的问题。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。