连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机制造方法及图纸

提供一种连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机，此方法包括：获取连续波雷达在旋转过程中旋转至预设角度区间内对地面测距获得的第一测距数据(S201)；对第一测距数据进行聚类处理，从第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据(S202)；根据第二测距数据，确定地面的地形参数(S203)。由于将聚类密度低于预设密度的数据作为野值先剔除，然后再进行地形预测，所以清除了连续波雷达受到的干扰，使得连续波雷达对地面地形的预测准确率更高。

Terrain prediction method, device, system and UAV of CW radar

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机
本说明书实施例涉及无人机
，尤其涉及一种连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机。
技术介绍
目前无人机可以应用于多种场景，以农行业为例，无人机可以耕地、撒播、喷洒农药和收割庄稼等，给农业领域带来了极大的好处。在这些作业场景下，无人机大多需要近地飞行，并且要避免爬坡时误撞地面。在较平坦的地面上，基于全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)及惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)数据，无人机可以较顺利地完成上述任务；在较为崎岖的地形，无人机需要提前进行动作调整，进行爬坡、下坡、减速、刹车等操作，实现近地飞行甚至等高飞行；这样才能使得无人机更好地完成上述作业。因此，需要先预测无人机作业的地面的地形信息。现有技术中，一般通过连续波雷达旋转来测量与地面的多个距离，将这些距离分别转换为以测距传感器为坐标原点的坐标系上的坐标，然后利用这些坐标拟合出一条直线，根据拟合得到的直线获取地面的地形信息。但是，在实际情况中，由于连续波雷达内部、外部环境的干扰，会导致连续波雷达测量到的距离中存在野值，从而影响地形预测的准确率。
技术实现思路
本说明书实施例提供一种连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机，用于提高地形预测的准确率。第一方面，本说明书实施例提供一种连续波雷达的地形预测方法，包括：获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距获得的第一测距数据，其中，所述第一测距数据为所述连续波雷达的旋转角度处于预设角度区间内获得的，所述第一测距数据包括N个数据，所述N为大于1的整数；对所述第一测距数据进行聚类处理，从所述第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据，所述第二测距数据包括M个数据，所述M为小于等于N的正整数；根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数。第二方面，本说明书实施例提供一种连续波雷达的控制系统，包括：存储器和处理器。所述存储器，用于存储程序代码。所述处理器，调用所述程序代码，当程序代码被执行时，用于执行以下操作：获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距获得的第一测距数据，其中，所述第一测距数据为所述连续波雷达的旋转角度处于预设角度区间内获得的，所述第一测距数据包括N个数据，所述N为大于1的整数；对所述第一测距数据进行聚类处理，从所述第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据，所述第二测距数据包括M个数据，所述M为小于等于N的正整数；根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数。第三方面，本说明书实施例提供一种雷达探测装置，包括：连续波雷达以及连续波雷达的控制系统，所述连续波雷达的控制系统与所述连续波雷达通信连接。所述连续波雷达的控制系统为如第二方面本说明书实施例所述的连续波雷达的控制系统。第四方面，本说明书实施例提供一种无人机，包括：机架、飞行控制系统和以及如第三方面本说明书实施例所述的雷达探测装置，所述连续波雷达搭载在所述机架上。所述飞行控制系统与所述雷达探测装置通信连接，以获取所述地形参数，所述飞行控制系统根据所述地形参数控制所述无人机。第五方面，本说明书实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包含至少一段代码，所述至少一段代码可由计算机执行，以控制所述计算机执行第一方面本说明书实施例所述的连续波雷达的地形预测方法。第六方面，本说明书实施例提供一种计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时，用于实现第一方面本说明书实施例所述的连续波雷达的地形预测方法。本说明书实施例提供的连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机，通过获取在旋转过程中旋转至预设角度区间内对地面测距获得的第一测距数据，然后对所述第一测距数据进行聚类处理，从所述第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据，再根据第二测距数据，确定地面的地形参数。由于本实施例将聚类密度低于预设密度的数据作为野值先剔除，然后再进行地形预测，所以清除了连续波雷达受到的干扰，使得连续波雷达对地面地形的预测准确率更高。附图说明为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，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。图1是根据本说明书的实施例的无人机100的示意性架构图；图2为本说明书一实施例提供的连续波雷达的地形预测方法的流程图；图3为本说明书一实施例提供的连续波雷达测距的一种示意图；图4为本说明书一实施例提供的连续波雷达在预测角度区间内测距的一种示意图；图5为本说明书另一实施例提供的连续波雷达的地形预测方法的流程图；图6A-图6C为本说明书一实施例提供的获取M个第一预设元素的示意图；图7A为现有技术中根据未剔除聚类密度小于预设密度的数据的第一测距数据获得的拟合直线的一种示意图；图7B为本说明书一实施例提供的根据剔除聚类密度小于预设密度的数据后的第二测距数据获得的拟合直线的一种示意图；图8本说明书实施例提供的连续波雷达的控制系统的一种结构示意图；图9为本说明书实施例提供的雷达探测装置的一种结构示意图；图10为本说明书实施例提供的无人机的一种结构示意图。具体实施方式为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。本说明书的实施例提供了连续波雷达的地形预测方法、装置、系统和无人机。无人机可以是无人机，如旋翼飞行器(rotorcraft)，例如，由多个推动装置通过空气推动的多旋翼飞行器，但是也可以其它类型的飞行器，本说明书的实施例并不限于此。图1是根据本说明书的实施例的无人机100的示意性架构图。本实施例以旋翼无人飞行器为例进行说明。无人机100可以包括动力系统、飞行控制系统和机架。无人机100可以与控制终端进行无线通信，该控制终端可以显示无人机的飞行信息等，控制终端可以通过无线方式与无人机100进行通信，用于对无人机100进行远程操纵。其中，机架可以包括机身110和脚架120(也称为起落架)。机身110可以包括中心架111以及与中心架111连接的一个或多个机臂112，一个或多个机臂112呈辐射状从中心架延伸出。脚架120与机身110连接，用于在无人机100着陆时起支撑作用，另外脚架120之间还搭载有储液箱130，该储液箱用于存储药液或者水；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续波雷达的地形预测方法，其特征在于，包括：/n获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距获得的第一测距数据，其中，所述第一测距数据包括连续波雷达在预设旋转角度区间内获得的N个数据，所述N为大于1的整数；/n对所述第一测距数据进行聚类处理，从所述第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据，所述第二测距数据包括M个数据，所述M为小于等于N的正整数；/n根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种连续波雷达的地形预测方法，其特征在于，包括：
获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距获得的第一测距数据，其中，所述第一测距数据包括连续波雷达在预设旋转角度区间内获得的N个数据，所述N为大于1的整数；
对所述第一测距数据进行聚类处理，从所述第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据，所述第二测距数据包括M个数据，所述M为小于等于N的正整数；
根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地形参数包括以下至少一种：坡度、平整度、所述连续波雷达距离正下方地面的高度值。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个数据包括：
所述连续波雷达的旋转角度，以及该旋转角度与地面测距点之间的距离；
或者，所述连续波雷达距地面测距点的水平距离与垂直距离。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述第一测距数据进行聚类处理，从所述第一测距数据中剔除聚类密度低于预设密度的数据，获得第二测距数据，包括：
对所述第一测距数据进行坐标转换，获得所述N个数据对应的坐标；
将所述N个数据的坐标，映射到预先确定的第一矩阵中；
根据每个坐标映射到所述第一矩阵中的位置，将所述第一矩阵中所述位置的矩阵元素设置为第一预设元素，获得第二矩阵；
根据预设的聚类滑窗对所述第二矩阵进行聚类操作，从所述第二矩阵中剔除聚类密度低于预设密度的矩阵元素，获得M个第一预设元素；
根据所述M个第一预设元素，从所述第一测距数据中获得所述第二测距数据；
其中，所述第一矩阵中的矩阵元素不同于所述第一预设元素。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述M个第一预设元素，从所述第一测距数据中获得所述第二测距数据，包括：
根据所述M个第一预设元素在所述第二矩阵中的位置，确定与所述M个第一预设元素分别对应的M个坐标；
根据所述M个坐标，从所述第一测距数据中确定分别与所述M个坐标对应的数据为所述第二测距数据。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，对所述第一测距数据进行坐标转换，获得所述N个数据对应的坐标，包括：
以所述连续波雷达旋转中心为原点、所述连续波雷达旋转正前方向作为x轴正方向、垂直向下方向作为y轴正方向，建立直角坐标系；
根据所述直角坐标系，对所述第一测距数据中每个数据进行坐标转换，获得每个数据对应的坐标。


7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述N个数据的坐标，映射到预先确定的第一矩阵中，包括：
根据每个数据的坐标中的水平坐标、所述连续波雷达检测到的最大水平距离以及所述连续波雷达检测距离的分辨率，确定每个数据映射到所述第一矩阵中的列位置；
根据每个数据的坐标中的垂直坐标、所述连续波雷达检测到的最大垂直距离以及所述连续波雷达检测距离的分辨率，确定每个数据映射到所述第一矩阵中的行位置。


8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述M个第一预设元素在所述第二矩阵中的位置，确定与所述M个第一预设元素分别对应的M个坐标，包括：
针对每个第一预设元素，根据该第一预设元素在所述第二矩阵中的行位置、所述连续波雷达检测到的最大水平距离以及所述连续波雷达检测距离的分辨率，确定与所述第一预设元素对应的坐标中的水平坐标；
根据该第一预设元素在所述第二矩阵中的列位置、所述连续波雷达检测到的最大垂直距离以及所述连续波雷达检测距离的分辨率，确定与所述第一预设元素对应的坐标中的垂直坐标。


9.根据权利要求4-8任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述连续波雷达检测到的最大水平距离和所述连续波雷达检测距离的分辨率，确定所述第一矩阵的行数；
根据所述连续波雷达检测到的最大垂直距离和所述连续波雷达检测距离的分辨率，确定所述第一矩阵的列数；
根据所述行数、所述列数，确定所述第一矩阵。


10.根据权利要求4-9任一项所述的方法，其特征在于，所述第一矩阵为空矩阵。


11.根据权利要求4-10任一项所述的方法，其特征在于，
根据预设的聚类滑窗对所述第二矩阵进行聚类操作，从所述第二矩阵中剔除聚类密度低于预设密度的矩阵元素，获得M个第一预设元素，包括：
根据预设的聚类滑窗大小对所述第二矩阵进行滑窗操作，获取每个聚类滑窗内预设锚点对应的矩阵元素；
根据预设锚点对应的矩阵元素为第一预设元素的聚类滑窗，从所述第二矩阵中剔除聚类密度低于预设密度的矩阵元素，获得所述M个第一预设元素。


12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据预设锚点对应的矩阵元素为第一预设元素的聚类滑窗，从所述第二矩阵中剔除聚类密度低于预设密度的矩阵元素，获得所述M个第一预设元素，包括：
针对每个聚类滑窗，若该聚类滑窗内预设锚点对应的矩阵元素为第一预设元素，则获取该聚类滑窗内的第一预设元素的数量；
若所述第一预设元素的数量小于第一预设值，则将该聚类滑窗内预设锚点对应的矩阵元素变更为第二预设元素，若所述第一预设元素的数量大于或等于第一预设值，则保持该聚类滑窗内预设锚点对应的矩阵元素为第一预设元素；
确定变更处理后的所述第二矩阵中的所有第一预设元素为所述M个第一预设元素。


13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述根据预设的聚类滑窗大小对所述第二矩阵进行滑窗操作，包括：
从所述第二矩阵中确定预设的聚类滑窗的起始锚点和终止锚点；
从所述起始锚点开始，根据预设的聚类滑窗大小对所述第二矩阵进行滑窗操作，直至到达所述终止锚点时停止滑窗操作。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述起始锚点为所述第二矩阵中第一预设元素所在的行号最小、列号最小的位置，所述终止锚点为所述第二矩阵中第一预设元素所在行号最大、列号最大的位置。


15.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数，包括：
在所述第二测距数据中包括的数据的数量M大于等于第二预设值时，根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数。


16.根据权利要求1-15任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二测距数据，确定所述地面的地形参数，包括：
根据所述第二测距数据进行直线拟合，获得直线函数；
根据所述直线函数，确定所述地面的地形参数。


17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，若所述地形参数包括：坡度，则所述根据所述直线函数，确定所述地面的地形参数，包括：
根据所述直线函数中的斜率，确定所述地面的坡度。


18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述根据所述直线函数中的斜率，确定所述地面的坡度，包括：
将所述斜率的反正切值确定为所述地面的坡度。


19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，若所述地形参数包括：所述连续波雷达距离正下方地面的高度值，则所述根据所述直线函数，确定所述地面的地形参数，包括：
根据所述直线函数中的截距，确定所述连续波雷达距离正下方地面的高度值。


20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，若所述地形参数包括：平整度，则所述根据所述直线函数，确定所述地面的地形参数，包括：
根据所述第二测距数据和所述直线函数，确定所述第二测距数据中每个数据对应的所述直线函数中的残差；
根据所述第二测距数据中所有数据分别对应的所述直线函数中的残差，确定所述地面的平整度。


21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二测距数据中所有数据分别对应的所述直线函数中的残差，确定所述地面的平整度，包括：
将所述第二测距数据中所有数据分别对应的所述直线函数中的残差平方和，确定为所述地面的平整度。


22.根据权利要求1-21任意一项所述的方法，其特征在于，所述获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距的第一测距数据，包括：
获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距的第三测距数据；所述第三测距数据包括H个数据，所述H个数据为所述连续波雷达的旋转角度处于预设角度区间内对地面测距的所有数据，所述H为大于等于N的整数；
根据所述第三测距数据，获取所述第一测距数据。


23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，根据所述第三测距数据，获取所述第一测距数据，包括：
根据所述第三测距数据和有效测距条件，确定所述第一测距数据；
其中，有效测距条件包括：小于等于预设最大距离且大于等于预设最小距离。


24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三测距数据和有效测距范围，确定所述第一测距数据，包括：
从所述第三测距数据中确定满足所述有效测距条件的N个数据；
根据所述第三测距数据中的N个数据，确定所述第一测距数据。


25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三测距数据中的N个数据，确定所述第一测距数据，包括：
确定所述第三测距数据中的N个数据为所述第一测距数据；或者，
对所述第三测距数据中的N个数据进行平滑处理，获得所述第一测距数据。


26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述对所述第三测距数据中的N个数据进行平滑处理，获得所述第一测距数据，包括：
根据连续波雷达的旋转角度的顺序，对所述第三测距数据中的N个数据排序；
确定排序后的所述第三测距数据中第1个数据为所述第一测距数据中第1个数据，以及排序后的所述第三测距数据中第N个数据为所述第一测距数据中第N个数据；
确定排序后的第三测距数据中第j-1个数据、第j个数据、第j+1个数据三者的平均值为所述第一测距数据中第j个数据；
其中，所述j为大于等于2且小于等于N-1的整数。


27.根据权利要求22-26任意一项所述的方法，其特征在于，所述获取连续波雷达在旋转过程中对地面测距的第三测距数据，包括：
获取连续波雷达旋转一周对地面测距的所有数据以及每个数据对应的所述连续波雷达的旋转角度；
根据所述预设角度区间，获取位于所述预设角度区间内所述连续波雷达的旋转角度所对应的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝煌剑，高迪，王春明，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44