[發明專利]距離測量裝置

有效

• 申請號: 200980160000.5
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN102460209A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: Y·P·古謝夫
• 申請（專利權）人: 特林布爾公司
• 主分類號: G01S7/489
• 分類號: G01S7/489
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

技術領域

本發明總體涉及測距應用中的電子距離測量。具體而言，本發明涉及距離測量裝置和包括該距離測量裝置的測勘儀器(surveying?instrument)。

背景技術

測勘或測距技術涉及利用角度和距離的測量來確定對象的未知位置、表面或體積。為了進行這些測量，光學測勘儀器或測地儀器通常包括一個電子距離測量(EDM)裝置，該裝置可被結合到所謂的全站儀或掃描儀中。距離測量全站儀結合有電子部件和光學部件，并且通常還設置有一個帶有可寫信息的計算機或控制單元，用于控制待被執行的測量以及用于存儲在測量過程中獲得的數據。優選地，全站儀計算目標在固定的地面坐標系(fixed?ground-based?coordinate?system)中的位置。可在例如本申請人的WO?2004/057269中找到對這種全站儀的更詳細描述。

在常規的EDM中，光束被以光脈沖的形式朝向目標發射，接下來被該目標反射的光在光學儀器諸如全站儀處被檢測。借助例如飛行時間(TOF)或相位調制技術，處理所檢測到的信號使得能夠確定離目標的距離。使用TOF技術，測量光脈沖從測勘儀器(EDM裝置)行進到目標、在目標處被反射并返回所述測勘儀器(EDM裝置)的飛行時間，基于該飛行時間可計算所述距離。所接收的信號的功率損耗確定最大可能距離。利用相位調制技術，將以不同頻率調制的光從所述測勘儀器發射至目標，由此檢測被反射的光脈沖，基于所發射的脈沖和所接收的脈沖之間的相位差來計算所述距離。

在常規的掃描儀中，利用光束控制功能可將光束導向在所述目標的表面處的多個感興趣的位置上。光脈沖被朝向每一個感興趣的位置發射，檢測從這些位置中的每一個反射的光脈沖，從而確定離這些位置中的每一個的距離。例如，使用LIDAR(光探測和測距)掃描儀或工業用掃描儀，可測量散射光的特性以確定遠距離目標的距離和/或其他信息。通常，使用諸如上述的激光脈沖或相位調制技術，確定離對象或表面的距離。

代表被反射的光脈沖——即返回信號(return?signal)——的檢測信號可具有寬的動態范圍。換言之，返回信號的強度或功率(或振幅)可從一個位置到另一個位置顯著變化。返回信號的強度的變化可通過例如目標的表面處的不同位置之間的反射率差異和/或目標的表面狀況的差異來解釋。從而，因為測量裝置在處理寬動態范圍方面的困難，基于具有過高或過低功率的返回信號確定的距離有可能是不準確的。檢測信號例如可能是飽和的或經受過量噪聲或干擾。

從而，在測量裝置諸如EDM裝置或掃描儀的讀出電子裝置(即，用于記錄被反射的光脈沖的部件)的輸入處的返回信號的振幅必須受限，以避免讀出電子裝置的飽和。例如，高速A/D轉換器的動態范圍通常被限制至約25dB，而在測量裝置處檢測到的信號的振幅的變化可能高相當多，例如，約60dB-100dB或更高。

在一些常規的測量裝置中，返回信號的寬動態范圍的問題是通過忽略如下測量解決的：對于所述測量，返回信號的強度位于第一閾值以上或位于第二閾值以下。然而，這種方法暗含對無效測量的不必要處理。通常用在所謂的“上升沿”測量中的另一種方法是接受由于大的動態范圍而導致的某一距離測量誤差——走誤差(walking?error)，或設法補償該誤差，這在一定程度上是可行的。又一種方法是對于感興趣的目標位置中的每一個都執行兩步測量。在第一步中，第一光脈沖或一系列光脈沖被朝向目標發射，檢測被反射的光脈沖并通過讀出電子裝置對其進行處理，以為在相應位置處的測量確定合適的增益。一般，在第一步中，如果認為返回信號的振幅低(在預定閾值以下)，則增益被設置為大于1的值。如果認為返回信號的振幅高(在預定閾值以上)，則增益被設置為小于1的值。接下來，在第二步中，第二光脈沖被朝向所述目標發射，檢測被反射的光脈沖并使用第一步中設置的增益將其放大。然后處理放大的信號，以確定離目標的距離。這樣，對于感興趣的位置中的每一個，可使用合適的增益測量距離。然而，該方法提供有限的測量速度，從而降低了總體效率。

此外，意在允許在讀出電子裝置的輸入處檢測到的脈沖或信號的高動態范圍的常規測量裝置，通常都具有高成本，因為需要高級的定制設計的部件。此外，這樣的高動態范圍的常規裝置通常不能提供快速的響應時間(例如，1ns數量級的或更短的響應時間)，而快速的響應時間對于高效執行高速EDM或掃描(例如，具有使得能夠進行準確的單次(single?shot)測量的高速)可能是必要的。

上述的測量裝置在處理寬動態范圍方面的困難與許多應用相關，這些應用中的一些應用已在上文提到，但對于雷達應用等來說也是有關的。