專利名稱：?jiǎn)瓮ǖ劳獠罹嚯x測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的距離測(cè)量方法、根據(jù)權(quán)利要求9的前序部分所述的距離測(cè)量裝置以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
在電子距離測(cè)量領(lǐng)域中，已知多種原理和方法，測(cè)量的兩種基本光電原理體現(xiàn)為相位計(jì)(phase meter)和渡越時(shí)間計(jì)(transit time meter)。這兩種原理都具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并且用于多種大地測(cè)量裝置中。因此，例如，因?yàn)橄辔挥?jì)具有精度高且設(shè)計(jì)緊湊(這有利于集成在望遠(yuǎn)鏡中)的優(yōu)點(diǎn)，所以大地測(cè)量中使用的諸如經(jīng)緯儀或準(zhǔn)距儀的測(cè)量裝置主要配備有相位計(jì)。
在相位測(cè)量技術(shù)中，按范圍在幾MHz到幾百M(fèi)Hz的重復(fù)頻率發(fā)射光脈沖(通常為方波信號(hào))。除了LED以外，峰值功率為幾mW的常規(guī)CW激光二極管也可以用作這種用途的光源。使用相位計(jì)，平均發(fā)射能量足夠高，并且目標(biāo)上的激光點(diǎn)的可見性對(duì)于要測(cè)量的距離來說不是問題。
對(duì)于距離測(cè)量來說，將發(fā)射信號(hào)的相位位置與返回信號(hào)的相位位置進(jìn)行比較。相移與測(cè)量距離成比例。對(duì)由光電二極管接收的RF信號(hào)進(jìn)行放大，并且借助于由鎖相環(huán)(PLL)控制的本機(jī)振蕩器信號(hào)將其忠實(shí)于相位地下變頻到較低頻帶。
作為對(duì)按GHz范圍的采樣率進(jìn)行高頻信號(hào)采樣的替代，采用低頻接收器信號(hào)要容易得多。在此，在低頻(LF)范圍中的采樣和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換更簡(jiǎn)單、更精確、并且電流消耗有數(shù)量級(jí)上的降低。在常規(guī)相位計(jì)中，僅使用基諧波或下變頻LF信號(hào)。
為了將相位測(cè)量系統(tǒng)的確定度(unambiguity)從米的范圍擴(kuò)展到千米的范圍，除了精細(xì)距離測(cè)量以外，還通常執(zhí)行使用較低調(diào)制頻率的一種或更多種粗略距離測(cè)量。
為了實(shí)現(xiàn)足夠的絕對(duì)精度，通常接連地測(cè)量?jī)?nèi)部光路(校準(zhǔn)或參考路徑)和外部光路(測(cè)量路徑)。這樣，可以在電子裝置中校準(zhǔn)渡越時(shí)間的變化。還可以通過兩個(gè)相同的并行接收通道來實(shí)現(xiàn)對(duì)渡越時(shí)間變化的校準(zhǔn)。在相位計(jì)僅具有高信號(hào)分離度的2個(gè)通道的情況下，精確的距離測(cè)量是可能的。
相位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、在LF級(jí)進(jìn)行測(cè)量、并且可使用可靠的束源。
由于因光串?dāng)_造成的信號(hào)疊加而導(dǎo)致的測(cè)量距離失真被證明是不利的，從而需要高度抑制的顯著通道分離。由此，精確的距離測(cè)量需要發(fā)送通道與接收通道之間的嚴(yán)格信號(hào)分離，在緊湊設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡中，這是非常難于實(shí)現(xiàn)、復(fù)雜且昂貴的。此外，在測(cè)量光束中應(yīng)當(dāng)只有一個(gè)目標(biāo)，因?yàn)榉駝t除了精細(xì)距離測(cè)量誤差以外還可能出現(xiàn)粗略距離測(cè)量中的誤差。對(duì)于較長(zhǎng)的距離，需要至少一個(gè)粗略測(cè)量和一個(gè)精細(xì)測(cè)量。使用簡(jiǎn)單的頻率概念，單通道測(cè)量原理(即沒有光路切換或通道切換的單通道測(cè)量原理)是不可能的。
渡越時(shí)間計(jì)沒有嚴(yán)格信號(hào)分離的缺點(diǎn)，但是它們的測(cè)量精度對(duì)于大地測(cè)量來說常常是不夠的，尤其是對(duì)于需要亞毫米級(jí)精度的情況常常是不夠的。
在根據(jù)該原理工作的測(cè)距儀的情況下，同樣發(fā)射光脈沖，通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)措施對(duì)該光脈沖進(jìn)行分割，從而使得光的一部分通過內(nèi)部光路(校準(zhǔn)路徑)直接傳到接收器，而光的剩余分量從裝置通過外部光路發(fā)送。
該外部分量到達(dá)某距離(要測(cè)量的距離(＝測(cè)量距離))之外的目標(biāo)，并且從那里反射回來，通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)傳到同一接收器，適當(dāng)?shù)氖?，接收器是具有降頻電路(down-circuit)放大器的光電二極管。
經(jīng)由內(nèi)部光路傳送的光脈沖在接收器中產(chǎn)生參考脈沖，在下文中將其稱為起始脈沖。經(jīng)由外部光路(測(cè)量距離)傳送的光脈沖在接收器中產(chǎn)生所謂的測(cè)量脈沖，在下文中將其稱為停止脈沖。
因?yàn)閮?nèi)部光路的長(zhǎng)度和外部光路的長(zhǎng)度不同，所以兩個(gè)光脈沖在不同時(shí)間抵達(dá)接收器。起始脈沖與停止脈沖之間的時(shí)間差稱為渡越時(shí)間，其與內(nèi)部光路和外部光路之間的長(zhǎng)度差成比例。要測(cè)量的時(shí)間差非常小，即，為了達(dá)到適合于實(shí)用距離測(cè)量系統(tǒng)的毫米或亞毫米級(jí)的測(cè)地精度，必須極其精確地確定它們。為了確定渡越時(shí)間，至少將接收的信號(hào)數(shù)字化，為此需要采樣率在GHz范圍的非常復(fù)雜的高頻電子電路。
此外，僅在停止脈沖抵達(dá)了接收器之后才由發(fā)送器發(fā)射光脈沖。為了能夠確保幾千米的確定度，這需要幾十kHz的相對(duì)較低的脈沖重復(fù)頻率。為了能夠以這種低脈沖重復(fù)頻率發(fā)射足夠大的光能以使得激光點(diǎn)可以容易地可視或者使得可以進(jìn)入對(duì)眼睛安全的限度(激光器類2)，根據(jù)脈沖寬度，峰值功率必須處于幾十W到1KW的范圍內(nèi)。
單通道渡越時(shí)間測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于因?yàn)槠鹗济}沖和停止脈沖在短時(shí)間內(nèi)接連發(fā)生并且經(jīng)歷相同的渡越時(shí)間，所以不存在時(shí)間偏移，因?yàn)橥Ｖ姑}沖僅在串?dāng)_脈沖之后發(fā)生，所以對(duì)光串?dāng)_不敏感，并且省略了對(duì)于內(nèi)部光路和外部光路的不必要的可切換光學(xué)部件。
然而，渡越時(shí)間測(cè)量的缺點(diǎn)尤其在于對(duì)RF信號(hào)的采樣和時(shí)間測(cè)量非常復(fù)雜，并且光束源很復(fù)雜，這也是難以處理的(例如，具有優(yōu)質(zhì)調(diào)制的微芯片激光器)。不利的是，具有高峰值功率的半導(dǎo)體激光二極管具有廣泛的輻射范圍，輻射能夠聚焦或準(zhǔn)直到的程度是不足的。只能用從衍射受限的小區(qū)域進(jìn)行發(fā)射的足夠空間相干的點(diǎn)光源將激光束聚焦到發(fā)散度足夠小的準(zhǔn)平行光錐(pencil)。迄今為止，從這種衍射受限的小區(qū)域進(jìn)行發(fā)射并且因此可以聚焦到發(fā)散度足夠小的光束的半導(dǎo)體激光二極管的峰值發(fā)送功率僅限于幾百mW，由此對(duì)于脈沖渡越時(shí)間計(jì)來說太低了。
盡管已知無需通道分離和光切換即可進(jìn)行工作的多種設(shè)置，但是所有解決方案都與多種缺點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。
在文獻(xiàn)DE 100 06 493 C2中描述了一種根據(jù)相位測(cè)量原理進(jìn)行光電距離測(cè)量的方法和裝置。相位計(jì)配備有不具有機(jī)械光路切換的2-通道接收器，電路配備有兩個(gè)光接收器。在距離測(cè)量中，在每一種情況下，都在第一接收器和第二接收器測(cè)量信號(hào)相位。在第一接收器測(cè)量出的相位代表內(nèi)部參考光路的距離，在第二接收器的相位代表到目標(biāo)對(duì)象的距離。基于參考光路，這兩個(gè)相位之間的差給出了無偏移(drift-free)絕對(duì)距離。使用第二發(fā)送器，可以同時(shí)測(cè)量通過兩個(gè)光接收器及其放大電路而產(chǎn)生的任何相位差。這種解決方案的缺點(diǎn)在于需要兩個(gè)發(fā)送單元和兩個(gè)光接收器，這導(dǎo)致構(gòu)造更復(fù)雜，并且，對(duì)于兩個(gè)光接收器中的每一個(gè)都需要通過用于光束合成的兩個(gè)元件來對(duì)兩個(gè)光路進(jìn)行交織。
在文獻(xiàn)US 6,369,880中描述了第二種設(shè)置。這里公開的相位計(jì)配備有不具有機(jī)械光路切換而具有兩個(gè)光接收器的2-通道接收器。在距離測(cè)量中，在每一種情況下，都測(cè)量在第一接收器和第二接收器的信號(hào)相位，兩個(gè)相位之間的差對(duì)應(yīng)于測(cè)量距離。這種解決方案的缺點(diǎn)同樣在于重復(fù)的光敏及相敏接收單元。
WO 03/069779描述了具有2-通道接收器的渡越時(shí)間計(jì)，該2-通道接收器沒有機(jī)械光路切換，從而在渡越時(shí)間計(jì)的情況下也實(shí)現(xiàn)了無光切換的參考測(cè)量原理。然而，公開的渡越時(shí)間計(jì)同樣使用兩個(gè)光接收器。兩個(gè)光接收器的信號(hào)饋送到在高頻范圍工作的時(shí)間測(cè)量單元。在距離測(cè)量中，計(jì)算并行測(cè)量出的內(nèi)部渡越時(shí)間與外部渡越時(shí)間之間的差。這種解決方案也具有接收單元重復(fù)的缺點(diǎn)。
由此，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案需要外部光路與內(nèi)部光路之間的切換機(jī)制或者重復(fù)的接收系統(tǒng)，由此在設(shè)計(jì)方面昂貴且復(fù)雜。
DE 10112833 C1描述了一種用于電光距離測(cè)量的方法和裝置，其旨在結(jié)合相位渡越時(shí)間方法的優(yōu)點(diǎn)和脈沖渡越時(shí)間方法的優(yōu)點(diǎn)，在脈沖渡越時(shí)間方法的情況下，主要關(guān)心的是高峰值光功率，即良好的信噪比。對(duì)于電光距離測(cè)量來說，將發(fā)射二極管的激光束作為發(fā)送光脈沖的強(qiáng)度調(diào)制序列而發(fā)送到無目標(biāo)板的測(cè)量對(duì)象，通過光檢測(cè)器檢測(cè)在那里反射的測(cè)量光脈沖，由此產(chǎn)生第一光電流分量。此外，將強(qiáng)度調(diào)制的發(fā)送光脈沖序列的一小部分分路為參考光脈沖序列，并且在通過已知的參考路徑之后，同樣傳到光檢測(cè)器，由此產(chǎn)生第二光電流分量。使用的光檢測(cè)器是雪崩光電二極管，其中，使用由本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的混頻脈沖序列將疊加的測(cè)量光脈沖直接轉(zhuǎn)換到相對(duì)較低的中頻范圍，由此可以在恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換之后確定測(cè)量距離。
這種方法的困難在于起始脈沖和停止脈沖可能交疊，致使在這種情況下不能分離或分配脈沖。因?yàn)槭褂玫闹C波數(shù)量為20，所以頻率進(jìn)入千兆赫茲范圍內(nèi)是必要的。減少使用的諧波將導(dǎo)致寬脈沖，這繼而增加了脈沖交疊的概率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是分別提供降低了復(fù)雜性和技術(shù)工作量的用于距離確定的方法和裝置。
本發(fā)明的又一目的是在不必接受相位原理和渡越時(shí)間原理的缺點(diǎn)的情況下結(jié)合它們的優(yōu)點(diǎn)，具體是使得脈沖可以分離。
分別由權(quán)利要求1和9的主題、或者從屬權(quán)利要求的主題或進(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)這些目的。
本發(fā)明提供了一種新穎的距離測(cè)量原理、以及包括渡越時(shí)間測(cè)量單元和簡(jiǎn)單的光學(xué)發(fā)送及接收單元而不在兩個(gè)光束路徑之間進(jìn)行特殊通道分離的裝置。例如，在大地測(cè)量?jī)x器的情況下，該距離測(cè)量裝置照例可以安裝在望遠(yuǎn)鏡中。測(cè)量到自然對(duì)象的距離，以及到反射目標(biāo)板(例如后向反射器)的距離。
基礎(chǔ)是對(duì)兩個(gè)渡越時(shí)間(具體是外部光信號(hào)的渡越時(shí)間和內(nèi)部光信號(hào)的渡越時(shí)間)的接連測(cè)量(joint measurement)或并行測(cè)量。接連測(cè)量或并行測(cè)量被理解為表示相對(duì)于時(shí)間確定并且靠近的兩個(gè)脈沖的關(guān)聯(lián)記錄。由此，術(shù)語(yǔ)“接連”或“并行”并不需要任何嚴(yán)格同時(shí)意義上的嚴(yán)格并發(fā)，而僅需要脈沖測(cè)量相對(duì)于時(shí)間的相干性或者在測(cè)量處理期間相對(duì)于時(shí)間的直接關(guān)系。輸出兩個(gè)渡越時(shí)間之間的差，作為實(shí)際測(cè)量變量。為了實(shí)現(xiàn)所爭(zhēng)取的在毫米級(jí)或亞毫米級(jí)精確的距離測(cè)量，因此進(jìn)一步使用通常由內(nèi)部參考光路形成的參考距離。根據(jù)本發(fā)明，可以省去兩個(gè)光路之間的切換。
信號(hào)經(jīng)由裝置內(nèi)部的光路以及要測(cè)量的外部光路同時(shí)傳到公共的(具體來說為單一的)光電二極管，從而由此限定測(cè)量通道，確定兩個(gè)信號(hào)脈沖之間的渡越時(shí)間構(gòu)成難題。因?yàn)榧す饷}沖頻率處于幾MHz到GHz的范圍內(nèi)，所以使該目標(biāo)額外復(fù)雜。由此，沿著要測(cè)量的外部光路同時(shí)進(jìn)行多個(gè)光脈沖，在極端的情況下多達(dá)100個(gè)以上的光脈沖。由此，本發(fā)明還涉及如下方法盡管不對(duì)激光脈沖的標(biāo)識(shí)使用編碼，也使得可以確定外部光路中的光脈沖的數(shù)量。迄今為止，與此原理相關(guān)聯(lián)的調(diào)制頻率通常僅出現(xiàn)在相位計(jì)的情況。
本發(fā)明所基于的原理還結(jié)合了渡越時(shí)間測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)和相位測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。原則上，該方法類似于單通道脈沖渡越時(shí)間計(jì)。然而，作為對(duì)使用GHz范圍中的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行高頻采樣(如在脈沖渡越時(shí)間計(jì)中)的替代，將具有起始脈沖和停止脈沖的高頻接收信號(hào)同時(shí)忠實(shí)于相位地下變頻到較低頻帶(如同在相位計(jì)中)。
可以將RF脈沖信號(hào)(例如，由PLL控制的本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的RF脈沖信號(hào))用作混頻信號(hào)。由此，在根據(jù)本發(fā)明的1-通道外差系統(tǒng)中，與相位計(jì)不同，伴隨地使用所有諧波。獲得高頻起始脈沖和高頻停止脈沖在LF范圍中的時(shí)間膨脹圖像(time-dilated image)。對(duì)適當(dāng)時(shí)間膨脹的因數(shù)的選擇取決于發(fā)送器的脈沖頻率的各種情況。例如，在1MHz的脈沖頻率的情況下，1MHz/(1MHz/128)＝128的膨脹因數(shù)足夠了，而在100MHz的脈沖頻率的情況下需要500MHz/(1MHz/128)＝64000左右的膨脹因數(shù)。
借助于LF信號(hào)的低頻采樣(≤1MHz)，可以容易地測(cè)量出起始脈沖和停止脈沖的間隔；它與要確定的測(cè)量路徑成比例。
可以將根據(jù)本發(fā)明的1-通道外差系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)述如下a)不需要用于內(nèi)部光路和外部光路的可切換光學(xué)部件。
b)該設(shè)置對(duì)串?dāng)_不敏感。例如，串?dāng)_甚至可以表示起始脈沖。此外，可以通過對(duì)脈沖率進(jìn)行適當(dāng)選擇來選擇停止脈沖，以使其不與串?dāng)_脈沖同時(shí)發(fā)生。
c)可以基于低頻范圍中的時(shí)間膨脹來實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的評(píng)估。通過膨脹因數(shù)而減小了所有與時(shí)間相關(guān)的測(cè)量誤差。
d)因?yàn)榻?jīng)由同一發(fā)送及接收電子裝置來饋送起始脈沖和停止脈沖，所以它們的信號(hào)渡越時(shí)間不相關(guān)并且不影響距離測(cè)量。
e)不存在顯著的時(shí)間偏移。起始脈沖和停止脈沖在短時(shí)間內(nèi)接連發(fā)生，并且經(jīng)歷相同的內(nèi)部渡越時(shí)間和外部渡越時(shí)間。
f)由于高脈沖頻率以及因此而對(duì)應(yīng)地低的光峰值功率，因此可以使用具有良好聚焦特性的cw半導(dǎo)體激光器。
g)如果激光器發(fā)射可見輻射，則由于高激光脈沖頻率而使得平均光功率足夠強(qiáng)，以在目標(biāo)對(duì)象上產(chǎn)生清楚可檢測(cè)的光點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的1-通道外差距離測(cè)量系統(tǒng)的具體進(jìn)一步發(fā)展是可能的，例如通過以下措施來發(fā)展a)由于高重復(fù)頻率，因此在許多距離，停止脈沖與起始脈沖重合，從而這兩個(gè)脈沖強(qiáng)烈地彼此影響，并且不能容易地彼此分離。然而，對(duì)于每一個(gè)測(cè)量距離，可以找到或選擇停止脈沖與起始脈沖之間出現(xiàn)間隙的脈沖頻率。
b)對(duì)于粗略距離確定，類似于相位計(jì)，對(duì)靠近的頻率進(jìn)行評(píng)估。然而，由于a)的限制，不是總是可以采用任意小的頻率步長(zhǎng)，這在較差條件下允許可靠但不精確的測(cè)量。
由于高脈沖重復(fù)頻率，因此停止脈沖在僅1m到10m的距離與隨后的起始脈沖重合。由此，從這個(gè)距離起進(jìn)行多于一個(gè)的光脈沖。與相位測(cè)量一樣，現(xiàn)在的問題是確定在發(fā)送器與接收器之間存在的脈沖的數(shù)量。起始脈沖和停止脈沖的重合構(gòu)成特殊問題。根據(jù)相應(yīng)的頻率概念，這種沖突出現(xiàn)在許多距離或者僅出現(xiàn)在幾個(gè)距離。如果將兩個(gè)脈沖設(shè)置為一個(gè)處于另一個(gè)之上或者彼此接觸，則存在相互影響，特別是對(duì)于渡越時(shí)間存在相互影響。在這種情況下，不再可以足夠精確地將脈沖彼此分離，并且不能實(shí)現(xiàn)具有足夠精度的時(shí)間測(cè)量。
通過對(duì)脈沖重復(fù)頻率的優(yōu)化選擇，可以將1-通道外差系統(tǒng)的確定度范圍并由此將測(cè)量范圍延伸超出脈沖周期Ti或者脈沖間隔Li＝(c/2)×Ti。c表示光速。在迄今為止的渡越時(shí)間計(jì)的情況下，最長(zhǎng)脈沖間隔Li對(duì)應(yīng)于最大確定度范圍，并且在高脈沖頻率下僅為1m到10m。
根據(jù)本發(fā)明，在使用多個(gè)不同脈沖重復(fù)頻率的較大的期望確定度范圍的情況下，使用至少兩個(gè)不同脈沖重復(fù)頻率來測(cè)量距離，以擴(kuò)展確定度范圍。基于接收到的信號(hào)形狀，可以確定哪一個(gè)脈沖重復(fù)頻率具有無干擾停止脈沖并由此適合于時(shí)間測(cè)量?？梢栽趦蓚€(gè)信號(hào)脈沖(即，起始脈沖和停止脈沖)并列地分開存在時(shí)使用接收到的信號(hào)形狀。另一方面，如果它們彼此接觸，或者甚至是一個(gè)處于另一個(gè)之上，則接收到的信號(hào)對(duì)于評(píng)估可能是無用的。
為了可以用盡可能少的頻率切換操作或者盡可能少的無用頻率來工作，可以根據(jù)數(shù)論的原理來有利地選擇其脈沖間隔以避免距離范圍中的公倍數(shù)。
對(duì)于實(shí)際情況來說，這意味著按如下方式來選擇頻率或脈沖間隔Li和Lj可以將與不同頻率相對(duì)應(yīng)的停止脈沖選擇為靠近但不允許交疊。由此，如果兩個(gè)停止脈沖具有脈沖間隔Li，Lj地頻率靠近|Ni·Li-Nj·Lj|＜1/2·min(Li，Lj) (1)則它們?cè)谄谕拇_定度范圍Dmax中不應(yīng)當(dāng)彼此接觸，或者至少應(yīng)當(dāng)在盡可能少的脈沖間隔Li，Lj彼此接觸如果Ni·Li≤Nj·Lj，則Ni·Li＜Nj·Lj-2·脈沖寬度 (2)如果Ni·Li≥Nj·Lj，則Ni·Li＞Nj·Lj+2·脈沖寬度具體來說，對(duì)于距離范圍Ni·Li＜Dmax，并且Nj·Lj＜Dmax(3)變量Ni，Nj表示正整數(shù)，并且典型地包括直到500的自然數(shù)。
然而，由于合成器的頻率帶寬有限(例如，33MHz+/-5MHz)，所以幾乎不能在根據(jù)等式(3)的整個(gè)距離范圍內(nèi)都滿足條件(2)。如果一組或者一套頻率或脈沖間隔Li、Lj盡可能少地違反條件(2)，則可以把這組頻率看作最優(yōu)(極小原理)。當(dāng)然，存在用于在間隔(3)上盡可能最優(yōu)地滿足條件(2)的其他已知數(shù)學(xué)方法。即使在測(cè)量光束中存在多于一個(gè)的目標(biāo)對(duì)象的情況下，條件(2)也仍然有效。
作為對(duì)靜態(tài)頻率組的替代，還可以使用根據(jù)相應(yīng)測(cè)量距離的靈活頻率策略。激光脈沖頻率組例如可以包括五個(gè)指定頻率和一個(gè)可自由選擇的頻率。使用五個(gè)指定頻率執(zhí)行粗略距離測(cè)量，然后使用有利地選擇為使其起始脈沖和停止脈沖不交疊并且不彼此接觸的激光脈沖頻率來執(zhí)行精確距離測(cè)量。例如可以選擇自適應(yīng)頻率以使得停止脈沖落在脈沖間隔Li的四分之一和四分之三之間|xi|∈{1/4…3/4) (4)xi(周期)作為針對(duì)起始脈沖與停止脈沖之間的距離的測(cè)量變量，按間隔Li來劃分。
接著，如下計(jì)算尋找的距離；D＝Ni·Li+xi·Li(5)測(cè)量變量xi作為間隔Li中的周期，Ni作為距離范圍內(nèi)的激光脈沖的數(shù)量。
存在用于解決不確定度Ni(即，儀器與目標(biāo)對(duì)象之間的發(fā)送脈沖的數(shù)量)的幾種數(shù)值方法。由此，從雷達(dá)或GPS衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)中得知多種適當(dāng)?shù)姆椒?。這里，作為示例，可以提到差分計(jì)算方法和線性組合(LC)方法(具體為窄譜線(narrowlane)LC或?qū)捵V線(widelane)LC)。
在寬譜線LC的對(duì)應(yīng)合成脈沖間隔Lw超過確定度范圍Dmax的情況下，對(duì)于具有對(duì)應(yīng)脈沖間隔Lw的該LC，Nw＝0，并且可以針對(duì)所有頻率或脈沖間隔Li立即求解不確定度Ni。
Ni=⟨xwLwLi⟩---(6)]]>括號(hào)表示四舍五入到下一個(gè)最小整數(shù)。當(dāng)然，其他方法也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
進(jìn)一步的發(fā)展使得可以準(zhǔn)確確定或精確測(cè)量在脈沖間隔Li中的起始脈沖與停止脈沖之間的渡越時(shí)間差或周期xi。將信號(hào)脈沖(時(shí)間信號(hào))存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，作為按離散時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)采樣。從采樣值到采樣值的時(shí)間分辨率(或者更準(zhǔn)確地說是距離分辨率)典型地為10mm到100mm。因此，為了實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)的分辨率，在采樣值之間的時(shí)間插值是必要的。一種不僅具有高分辨率而且具有足夠精度的方法是使用在測(cè)量之前記錄的參考信號(hào)來將接收到的信號(hào)脈沖互相關(guān)。將兩個(gè)參考脈沖的疊加與數(shù)字化的測(cè)量信號(hào)互相關(guān)?？梢酝ㄟ^對(duì)參考信號(hào)的超采樣(supersampling)并且通過函數(shù)擬合計(jì)算來進(jìn)行插值。
盡管對(duì)經(jīng)LF變換的接收信號(hào)的諧波進(jìn)行了評(píng)估，但是原始RF信號(hào)中存在的大部分時(shí)間信息或距離信息由于對(duì)接收信號(hào)(起始脈沖和停止脈沖)的時(shí)間膨脹而丟失了。因此違反了尼奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則，除非在RF接收脈沖的最高諧波的每個(gè)周期都存在至少兩個(gè)采樣脈沖。由于外差原理而出現(xiàn)這種丟失，在外差原理中，類似于二次采樣(subsampling)系統(tǒng)，其間有RF接收脈沖碰不到混頻脈沖(＝采樣脈沖)。因?yàn)檫@些RF接收脈沖出現(xiàn)在混頻間隙中，所以它們的渡越時(shí)間信息沒有包括在外差時(shí)間或頻率變換中，因此無助于LF信號(hào)。
現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明的最小丟失時(shí)間擴(kuò)展原理通過使用至少兩個(gè)(但是優(yōu)選為更多個(gè))相對(duì)于彼此有相移的混頻脈沖信號(hào)將RF接收脈沖同時(shí)且并行地下變頻為多個(gè)分離LF信號(hào)，從而補(bǔ)償這種信號(hào)信息丟失?，F(xiàn)在，可以將這幾個(gè)LF信號(hào)按正確相位進(jìn)行求和并合成以給出單個(gè)接收信號(hào)。因?yàn)樵谶@種并行混頻系統(tǒng)中沒有關(guān)聯(lián)噪聲分布，所以信噪比隨著混頻通道的數(shù)量而提高。
不同相位的混頻信號(hào)的最優(yōu)數(shù)量取決于高頻但頻帶限制的接收信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖周期Ti，特別是取決于最高頻率的接收信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖周期Ti?；祛l通道的最大數(shù)量對(duì)應(yīng)于脈沖周期與脈沖寬度(脈沖持續(xù)時(shí)間)的商的兩倍?，F(xiàn)在，可以使用正確相位對(duì)在混頻通道的輸出處出現(xiàn)的這幾個(gè)低頻信號(hào)進(jìn)行求和。


下面，參照在附圖中示意性地示出的工作示例，僅僅作為示例，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的距離測(cè)量裝置或距離測(cè)量方法進(jìn)行更詳細(xì)的說明或解釋。具體來說，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例的示意性框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的示意性框圖，其與相位計(jì)相比增加了靈敏度；圖3示出了在高頻外差混頻之前和之后的信號(hào)的圖；圖4示出了在更大規(guī)模的高頻外差混頻之前和之后的信號(hào)的圖；
圖5示出了在更大規(guī)模上的高頻、外差混頻之前和之后的信號(hào)的圖，并且示出了經(jīng)變換的起始脈沖；圖6示出了由起始脈沖和停止脈沖組成的LF信號(hào)脈沖序列的圖；圖7示出了外差二次采樣的效果的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中示意性地示出的框圖例示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例，示出了1-通道外差系統(tǒng)的基本構(gòu)成塊。在信號(hào)鏈的開始處存在具有石英精度并且具有0.5至5ppm的典型時(shí)鐘精度的基準(zhǔn)振蕩器。在發(fā)送通道中存在所謂的直接數(shù)字頻率合成器2a。根據(jù)微控制器或微處理器μP的編程，部件2a產(chǎn)生幾kHz或MHz范圍內(nèi)的期望頻率。
頻率轉(zhuǎn)換器3a同樣與發(fā)送通道對(duì)應(yīng)，并且使頻率倍增在較高范圍中，以獲得測(cè)量頻率Fi。此外，頻率轉(zhuǎn)換器3a充當(dāng)濾波器并且確保頻譜信號(hào)純度。驅(qū)動(dòng)器級(jí)4將控制頻率轉(zhuǎn)換成短持續(xù)時(shí)間的電脈沖，并且驅(qū)動(dòng)光源5，例如激光二極管。將光脈沖的一部分作為發(fā)射信號(hào)ES導(dǎo)向要測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象，將另一部分作為內(nèi)部信號(hào)IS經(jīng)由分束器直接傳到光接收器。裝置6對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生各個(gè)起始脈沖的內(nèi)部參考光路。在最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)情況下，從發(fā)送器散射到光接收器上的光足夠作為參考光路；在這種設(shè)計(jì)中，不需要分束器。將由目標(biāo)對(duì)象反射并被接收的光脈沖作為反射信號(hào)RS同時(shí)或并行傳到同一光接收器7，并且形成停止脈沖。
隨后經(jīng)由放大器8通過高帶寬的電子混頻器9對(duì)高頻起始脈沖和高頻停止脈沖進(jìn)行模擬采樣，高帶寬的電子混頻器9繼而受到高頻脈沖信號(hào)(但是頻率與發(fā)送器通道相比略有不同)的控制。這是忠實(shí)于相位的具有時(shí)間膨脹效果的二次采樣。只有在降頻電路低通濾波器10的輸出處可以獲得經(jīng)時(shí)間膨脹的信號(hào)?；祛l器控制信號(hào)由合成器的第二部分產(chǎn)生，合成器的第二部分繼而例如包括直接數(shù)字頻率合成器2b，直接數(shù)字頻率合成器2b的頻率受同一微控制器或微處理器μP的控制，在時(shí)間角度上相位忠實(shí)于第一頻率合成器2a。
通過具有kHz到MHz范圍中的足夠快采樣率的AD轉(zhuǎn)換器ADC對(duì)經(jīng)時(shí)間膨脹的接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化并且將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
對(duì)于每一個(gè)激光脈沖頻率Fi，相對(duì)于經(jīng)時(shí)間變換的脈沖間隔Ti來計(jì)算停止脈沖與起始脈沖之間的經(jīng)時(shí)間變換的相對(duì)時(shí)滯xi，作為測(cè)量變量。使用互相關(guān)方法或函數(shù)擬合方法來實(shí)施在采樣點(diǎn)之間的相對(duì)于時(shí)間的插值。
實(shí)施對(duì)不確定度Ni(即儀器與目標(biāo)對(duì)象之間的光脈沖的數(shù)量)的求解——如上所述——例如通過計(jì)算測(cè)量值xi之間的差的方法來實(shí)施。將這些值與長(zhǎng)脈沖周期(其可以與確定度范圍Dmax的長(zhǎng)度相提并論)對(duì)應(yīng)。因此將對(duì)不確定度的確定限制到小搜索區(qū)域，由此可以快速找到不確定度參數(shù)Ni的正確集合。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)相對(duì)時(shí)滯xi來確定不確定度的實(shí)踐的相關(guān)策略是公知的，例如，根據(jù)GPS算法中的相位不確定度的分辨率來進(jìn)行確定。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的1-通道外差裝置的第二實(shí)施例的框圖，與圖1相比，特別是與相位計(jì)相比，其充分增加了靈敏度。
除了外差高頻混頻器級(jí)之外，其余部件基本對(duì)應(yīng)于圖1所示的工作示例。然而，內(nèi)部參考光路6′是經(jīng)由反射表面12引導(dǎo)的，內(nèi)部信號(hào)IS通過該反射表面12而傳到光接收器7。這種反射表面12例如可以由裝置殼體的內(nèi)側(cè)形成，從而將限定的反射用作內(nèi)部信號(hào)IS。
使用并聯(lián)設(shè)置的多個(gè)混頻模塊9a、9b、9c、9d，可以消除信號(hào)二次采樣的與丟失相關(guān)聯(lián)的影響。在這種擴(kuò)展裝置中，頻率轉(zhuǎn)換器級(jí)13例如產(chǎn)生四個(gè)高頻控制信號(hào)脈沖，再一次使它們相對(duì)于發(fā)送通道略微頻移。使這些控制信號(hào)的相位相對(duì)于彼此偏移(2π/控制信號(hào)的數(shù)量)的整數(shù)階躍(integral step)。
由此，混頻模塊9a、9b、9c、9d也在其與10a、10b、10c、10d中的低通濾波器相對(duì)應(yīng)的輸出處產(chǎn)生延遲了這些相位階躍的信號(hào)。幾乎同時(shí)地對(duì)經(jīng)時(shí)間變換的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并且通過微處理器μP將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在另一實(shí)施例中，還可以按正確相位對(duì)模擬輸出信號(hào)進(jìn)行求和，并且僅在此后進(jìn)行數(shù)字化。
在后處理的過程中，通過按正確相位(尤其是按(2π/控制信號(hào)的數(shù)量)的整數(shù)階躍對(duì)數(shù)字信號(hào)脈沖序列(在該示例中為4個(gè))進(jìn)行累積求和以給出單個(gè)信號(hào)脈沖序列，從而消除通過二次采樣造成的信噪比損失。
對(duì)于每一個(gè)經(jīng)時(shí)間膨脹的累積脈沖頻率，類似于圖1，相對(duì)于經(jīng)時(shí)間膨脹的脈沖間隔來計(jì)算停止脈沖與起始脈沖之間的經(jīng)時(shí)間變換的相對(duì)時(shí)滯xi，作為測(cè)量變量。再一次通過互相關(guān)方法、傅立葉變換或函數(shù)擬合算法來實(shí)施對(duì)累積信號(hào)脈沖信號(hào)的采樣點(diǎn)之間的相對(duì)于時(shí)間的插值。
這種距離測(cè)量裝置的特別有利的特性在于，測(cè)量靈敏度可以與渡越時(shí)間計(jì)相比，測(cè)量精度可以與相位計(jì)相比。
圖3示出了在高頻外差混頻之前和之后的信號(hào)的圖。脈沖周期為Ti＝1/Fi的RF接收信號(hào)17由起始脈沖和停止脈沖構(gòu)成，通過由單一脈沖構(gòu)成并且頻率相對(duì)于脈沖周期1/Fi略有偏移的混頻信號(hào)18對(duì)其進(jìn)行電子模擬混頻。在混頻器的輸出處形成具有底層高頻載波頻率的調(diào)幅輸出信號(hào)14。這種輸出信號(hào)14的包絡(luò)具有兩個(gè)信號(hào)脈沖；一個(gè)是經(jīng)時(shí)間變換的起始脈沖15，而另一個(gè)與經(jīng)時(shí)間變換的停止脈沖16一致。通過信號(hào)的時(shí)間膨脹，如同常規(guī)相位測(cè)量的情況，利用了如下優(yōu)點(diǎn)可以使用經(jīng)濟(jì)的電子部件和低電流消耗來對(duì)低頻范圍中的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理和數(shù)字化。此外，混頻器級(jí)的時(shí)間膨脹因數(shù)降低了電子部件的系統(tǒng)性渡越時(shí)間誤差的影響，這顯著地增強(qiáng)了裝置的測(cè)量精度。
圖4按時(shí)間膨脹的形式示出了來自圖3的信號(hào)的一部分。在此示出了RF接收信號(hào)17中的停止脈沖沒有被放大并且起始脈沖僅僅被部分放大的情況。因此，僅將起始脈沖傳到混頻器的輸出，而停止脈沖在這個(gè)階段被丟棄。在混頻器的輸出處形成具有較高頻率但是附加有調(diào)幅的輸出信號(hào)14。還示出了輸出信號(hào)14的包絡(luò)19。
圖5也示出了根據(jù)圖3的放大部分；此外，例示了包絡(luò)19或者經(jīng)深度通過濾波(deep pass-filter)和時(shí)間膨脹的起始脈沖15。在作為示例示出的區(qū)域20中，通過混頻信號(hào)18對(duì)接收信號(hào)17中的起始脈沖的捕捉和由此前向傳送到輸出是很明顯的。另一方面，在這個(gè)階段，接收信號(hào)17中的有時(shí)間偏移的較小的停止脈沖沒有被混頻信號(hào)18捕獲，因此不出現(xiàn)在混頻器的輸出。高頻的調(diào)幅輸出信號(hào)14(其包絡(luò)19描述經(jīng)時(shí)間變換的起始信號(hào)或停止信號(hào))繼續(xù)前進(jìn)。
圖6示出了轉(zhuǎn)換至低頻范圍的接收信號(hào)的圖。在該圖中，同樣明顯的是，適當(dāng)脈沖序列的周期包含第一起始脈沖15a和停止脈沖16a，第二起始脈沖15a’跟在作為L(zhǎng)i的經(jīng)時(shí)間膨脹的脈沖間隔22之后。在此，要確定的測(cè)量變量是第一起始脈沖16a與停止脈沖15b之間的時(shí)間，即時(shí)滯21。在通過AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣之后，可以將時(shí)滯21并由此將周期xi計(jì)算為時(shí)滯21與Ti＝Li/c之間的比率。通過上述關(guān)系(5)D＝Ni·Li+xi·Li來執(zhí)行對(duì)距目標(biāo)對(duì)象的距離的計(jì)算。
在多個(gè)目標(biāo)的情況下，除了第一停止脈沖以外，還出現(xiàn)可以按各個(gè)調(diào)制發(fā)送頻率Fi來分別測(cè)量其周期xi的其他停止脈沖。能夠測(cè)量距交錯(cuò)的目標(biāo)對(duì)象的距離是本發(fā)明的裝置的一特別長(zhǎng)處。
圖7闡明了外差二次采樣的效果。如果裝置僅包括一個(gè)高頻混頻器，則丟失一部分信號(hào)能量。這種關(guān)于丟失的影響在其中混頻器的控制脈沖落入起始脈沖與停止脈沖之間的點(diǎn)24處很明顯。為了避免這種情況，在接收通道中并排地并聯(lián)使用多個(gè)混頻模塊。移位控制信號(hào)的相位相對(duì)于彼此偏移了并聯(lián)混頻器的數(shù)量的一小部分。這確保了在每個(gè)脈沖周期Ti至少一個(gè)混頻器執(zhí)行有效的信號(hào)采樣23并由此不會(huì)丟失信號(hào)能量。這種接收裝置的靈敏度達(dá)到脈沖渡越時(shí)間計(jì)的靈敏度，由此與常規(guī)相位計(jì)的靈敏度大有不同。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很明顯，可以按另選或補(bǔ)充方式將部件的各種設(shè)置或原理彼此組合。此外，裝置的工作示例可以具有外差設(shè)計(jì)或零差設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種高精度的距離測(cè)量方法，該距離測(cè)量方法包括以下步驟發(fā)射步驟，該發(fā)射步驟經(jīng)由以下兩種路徑發(fā)射具有至少一個(gè)脈沖重復(fù)頻率的脈沖電磁輻射(ES)、特別是發(fā)射具有至少一個(gè)脈沖重復(fù)頻率的光裝置外部的到要測(cè)量的至少一個(gè)目標(biāo)的測(cè)量路徑，以及裝置內(nèi)部的參考路徑(6)，經(jīng)由所述參考路徑(6)傳送的輻射(IS)限定至少一個(gè)起始脈沖，經(jīng)由所述測(cè)量路徑傳送的輻射(RS)限定至少一個(gè)停止脈沖，接收步驟，該接收步驟接收由所述目標(biāo)散射回的輻射(RS)并且接收經(jīng)由所述參考路徑傳送來的輻射(IS)，并行檢測(cè)由所述目標(biāo)散射回的輻射(RS)和經(jīng)由所述參考路徑傳送來的輻射(IS)，特別是使用公共接收器(7)來接收，從而使得接收信號(hào)(17)具有由所述目標(biāo)散射回的輻射(RS)的分量和經(jīng)由所述參考路徑傳送來的輻射(IS)的分量，并且將輻射轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)(17)，確定步驟，該確定步驟根據(jù)所述接收信號(hào)(17)來確定距所述至少一個(gè)目標(biāo)的至少一個(gè)距離，其中，按如下方式選擇至少兩個(gè)脈沖重復(fù)頻率、特別是選擇四個(gè)脈沖重復(fù)頻率使得它們的對(duì)應(yīng)脈沖間隔在最大外部測(cè)量路徑的數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)不具有公倍數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量方法，其中，將所述接收信號(hào)(17)下變頻為頻率低于脈沖重復(fù)頻率的輸出信號(hào)(14)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法，其中，按如下方式在預(yù)定的頻率帶寬內(nèi)選擇所述至少兩個(gè)脈沖重復(fù)頻率、特別是四個(gè)脈沖重復(fù)頻率使得對(duì)于盡可能多的對(duì)應(yīng)脈沖間隔(22)Li和Lj的組合來說，滿足以下條件|Ni·Li-Nj·Lj|≥2·脈沖寬度其中Ni和Nj是滿足以下條件的正整數(shù)|Ni·Li-Nj·Lj|＜1/2·min(Li，Lj)特別是滿足Ni，Nj＜500。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法，其中，至少一個(gè)脈沖重復(fù)頻率是可變的并且是根據(jù)相應(yīng)的測(cè)量距離來選擇的，以使其起始脈沖和停止脈沖既不交疊也不彼此接觸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法，其中，對(duì)所述低頻接收信號(hào)(14)的至少一個(gè)脈沖與參考信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)，特別是將所述低頻接收信號(hào)(14)的至少一個(gè)脈沖與合成產(chǎn)生的參考信號(hào)或者從先前測(cè)量而存儲(chǔ)的參考信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法，其中，將所述接收信號(hào)(17)與彼此有相移的至少兩個(gè)混頻信號(hào)(18)同時(shí)且并行地下變頻為至少兩個(gè)低頻信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離測(cè)量方法，其中，按正確的相位來合成所述至少兩個(gè)低頻信號(hào)。
8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括存儲(chǔ)在可機(jī)讀介質(zhì)上或者通過電磁波來體現(xiàn)的程序代碼，該程序代碼用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法，特別是如果在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行該程序則執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法。
9.一種距離測(cè)量裝置，該距離測(cè)量裝置用于執(zhí)行如權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量方法，所述距離測(cè)量裝置至少包括脈沖輻射源(5)，該脈沖輻射源(5)用于產(chǎn)生并發(fā)射輻射(ES)，特別是產(chǎn)生并發(fā)射光，裝置內(nèi)部的參考路徑(6)，可以發(fā)射輻射以使其通過裝置外部的到要測(cè)量的至少一個(gè)目標(biāo)的測(cè)量路徑、同時(shí)通過裝置內(nèi)部的所述參考路徑(6)，接收器(7)，特別是單接收器(7)，該接收器(7)用于接收輻射并且將該輻射轉(zhuǎn)換為至少一個(gè)接收信號(hào)(17)，共同檢測(cè)由所述目標(biāo)散射回的輻射(RS)和經(jīng)由所述參考路徑傳送來的輻射(IS)，從而使得所述接收信號(hào)(17)具有由所述目標(biāo)散射回的輻射(RS)的分量以及經(jīng)由所述參考路徑傳送來的輻射(IS)的分量，信號(hào)處理器(μP)，該信號(hào)處理器(μP)用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，其中，所述輻射源(5)被設(shè)計(jì)為可以使用至少兩個(gè)、特別是四個(gè)或五個(gè)的優(yōu)選為可調(diào)的脈沖重復(fù)頻率來發(fā)射輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的距離測(cè)量裝置，其中，所述脈沖重復(fù)頻率被選擇為使得在最大外部測(cè)量路徑的數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)，存在停止脈沖隨時(shí)間不相互接觸并且不交疊的至少兩個(gè)脈沖重復(fù)頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的距離測(cè)量裝置，其中，所述脈沖重復(fù)頻率被選擇為使得對(duì)于盡可能多的對(duì)應(yīng)脈沖間隔(22)Li和Lj的組合來說滿足以下條件|Ni·Li-Nj·Lj|≥2·脈沖寬度其中，Ni和Nj是滿足以下條件的正整數(shù)|Ni·Li-Nj·Lj|＜1/2·min(Li，Lj)特別是滿足Ni，Nj＜500。
12.根據(jù)權(quán)利要求9、10或者11所述的距離測(cè)量裝置，所述距離測(cè)量裝置包括至少一個(gè)混頻器(9、9a-9d)，所述至少一個(gè)混頻器用于將所述接收信號(hào)(17)下變頻為低頻輸出信號(hào)(14)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的距離測(cè)量裝置，所述距離測(cè)量裝置包括按脈沖方式工作的模擬混頻器，作為用于對(duì)所述接收信號(hào)(17)進(jìn)行時(shí)間膨脹的二次采樣器。
14.根據(jù)權(quán)利要求9到13中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置，其中，所述脈沖輻射源(5)是CW半導(dǎo)體激光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9到14中的任一項(xiàng)所述的距離測(cè)量裝置，所述距離測(cè)量裝置包括按不同相位工作并且并聯(lián)連接的至少兩個(gè)電子信號(hào)混頻器，作為多通道外差裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及單通道外差距離測(cè)量方法。根據(jù)本發(fā)明，可以通過使用至少兩個(gè)脈沖重復(fù)頻率來廣播脈沖電磁輻射(ES)而執(zhí)行高精度的距離測(cè)量，將這些脈沖重復(fù)頻率選擇為使得對(duì)應(yīng)的脈沖間隔在最大外部測(cè)量范圍的數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)不具有公倍數(shù)。因此，既通過裝置外部的測(cè)量路徑向測(cè)量目標(biāo)發(fā)射輻射，又通過裝置內(nèi)部基準(zhǔn)路徑(6)發(fā)射輻射，由此，沿基準(zhǔn)路徑(6)傳送來的輻射(IS)限定至少一個(gè)起始脈沖，沿測(cè)量路徑傳送來的輻射(ES)限定至少一個(gè)停止脈沖。接收從目標(biāo)散射回的輻射(ES)和沿基準(zhǔn)路徑傳送來的輻射(IS)，并且將它們轉(zhuǎn)換成接收信號(hào)，由此確定距至少一個(gè)目標(biāo)的至少一個(gè)距離。并行地記錄從目標(biāo)散射回的輻射(RS)和沿基準(zhǔn)路徑(6)傳送來的輻射(IS)，從而使得接收信號(hào)包括從目標(biāo)散射回的輻射(RS)的分量和沿基準(zhǔn)路徑傳送來的輻射(IS)的分量。
文檔編號(hào)G01S7/486GK101080647SQ200580043485
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月18日
發(fā)明者保羅·本茨, 于爾格·欣德林, 馬丁·德-朗格 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司