[發(fā)明專利]一種相位測量的校準(zhǔn)方法、裝置及測距設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810067250.1
• 申請日: 2008-05-16
• 公開（公告）號: CN101581783A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜鑫;伍昕;侴智
• 申請（專利權(quán)）人: 張俊忠
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/32
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電測距領(lǐng)域，尤其涉及一種相位測量的校準(zhǔn)方法、裝置及測 距設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著二十世紀(jì)八十年代以來半導(dǎo)體激光器和數(shù)字電路長足發(fā)展，長距離高 精度的激光測距技術(shù)越來越廣泛應(yīng)用于電力、水利、通訊、環(huán)境、建筑、警務(wù)、 消防、爆破、航海、鐵路、軍事反恐等領(lǐng)域，毫米級別測量精度的相位式激光 測距產(chǎn)品已經(jīng)逐步在200米內(nèi)的短程激光測距中占主導(dǎo)地位?；跍y相位差原 理的激光測距裝置是用調(diào)制的激光光束照射被測目標(biāo)，光束經(jīng)被測目標(biāo)反射后 折回，將光束往返過程產(chǎn)生的相位變化，換算成被測目標(biāo)的距離，應(yīng)用于短距 離高精度的距離測量，其測量的準(zhǔn)確性和精度受裝置內(nèi)部零部件特性的影響。 激光測距儀器的精度要求越高，其電路的復(fù)雜度與精密器件的需求量就大大提 高。因此環(huán)境因素，例如溫度以及器件使用壽命對器件性能的影響，導(dǎo)致器件 產(chǎn)生的相位漂移不可忽視?，F(xiàn)有技術(shù)多利用內(nèi)外光路的相位差補償原理消除電 路系統(tǒng)的附加相移，確保測量數(shù)據(jù)不受外界環(huán)境因素的影響。消除附加相移的 相位差補償原理，簡述如下：

設(shè)測距信號先后經(jīng)內(nèi)光路和外光路行程所遲后的相位差各為和為 儀器內(nèi)部電子路線在傳送信號過程中產(chǎn)生的附加相移，則內(nèi)、外光路測距信號 (e_D)_內(nèi)和(e_D)_外在相位器中分別與參考信號e₀的比相結(jié)果為

上式中，隨儀器工作狀態(tài)而變化，為隨機相移，無法通過精確計算求解， 在測距時，交替使用內(nèi)、外光路進行測相，在交替過程的短時間內(nèi)，可以認為 附加相移沒有變化，于是取內(nèi)、外光路比相結(jié)果的差值作為測量結(jié)果，即

以上結(jié)果Φ已經(jīng)消除了附加相移不穩(wěn)定的影響，從而保證了測距的精度。

現(xiàn)有技術(shù)采用如下的校準(zhǔn)方法：

(1)單發(fā)單收系統(tǒng)，即單路發(fā)送光束單路接收光路信號，通過一個可控制 的機械裝置實現(xiàn)內(nèi)外光路的切換，通過計算切換前后內(nèi)外光路的相位值進行相 位校正，消除環(huán)境不確定相位干擾。由于采用物理機械撥動開關(guān)，機械響應(yīng)時 間長(一般為毫秒級別)，不可實時校準(zhǔn)，且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，容易產(chǎn)生機械磨 損和故障，使用壽命短，不適合作為工業(yè)精密儀器使用。

(2)單發(fā)雙收系統(tǒng)，即單路發(fā)射光束并通過雙路分別接收內(nèi)、外光路信號， 兩路接收信號分別進行處理并計算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。 該系統(tǒng)采用兩個雪崩二極管(Avalanche?Photo?Diode，APD)分別接收內(nèi)外光路 信號，由于APD價格昂貴(目前，一般為10美金以上)，使用兩個APD不僅 成本高，而且雙路放大電路容易產(chǎn)生同頻干擾。

綜上所述，以上兩種解決方案在實際應(yīng)用中均存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種相位測量的校準(zhǔn)方法，旨在解決現(xiàn)有技 術(shù)中電路響應(yīng)時間長、容易產(chǎn)生機械故障、使用壽命短或者成本高、容易產(chǎn)生 同頻干擾的問題。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種相位測量的校準(zhǔn)方法，包括步驟：

第一光波發(fā)射裝置發(fā)射第一光波至被測目標(biāo)，所述第一光波被被測目標(biāo)反 射折回后被一接收裝置接收，其中，所述第一光波作為外光路信號由第一高頻 振蕩信號調(diào)制生成；

第二光波發(fā)射裝置發(fā)射第二光波至所述接收裝置，其中，所述第二光波作 為基底參考的內(nèi)光路信號由第二高頻振蕩信號調(diào)制生成；

控制電路控制所述第一光波發(fā)射裝置和所述第二光波發(fā)射裝置的發(fā)射順 序，使所述內(nèi)外光路信號的切換時間為毫秒級；

所述接收裝置將先后接收到的兩路所述第一光波和第二光波分別與一混頻 信號進行混頻；

所述接收裝置將先后接收到的兩路所述第一光波和第二光波進行相位比 較，輸出消除基底的相位差信號。

本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，所述裝置包 括：

第一光波發(fā)射裝置，用于根據(jù)接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成第一光 波，并將所述第一光波作為外光路信號發(fā)射至被測目標(biāo)；

第二光波發(fā)射裝置，用于根據(jù)接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成第二光 波，并將所述第二光波作為基底參考的內(nèi)光路信號發(fā)射；

控制電路，用于控制所述第一光波發(fā)射裝置和所述第二光波發(fā)射裝置的發(fā) 射順序，使所述內(nèi)外光路信號的切換時間為毫秒級；