[發明專利]調制激光測距器和方法

在審

• 申請號: 201310532671.8
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103792540A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: D·R·瓊沃思
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

技術領域

該申請涉及到目標物體的距離的測量，更具體地，涉及使用調頻激光束測量到目標物體的距離。

背景技術

激光測距器投射激光束，從而測量到目標物體的距離。傳統的激光測距器是相對小型的，同時仍提供了相對精確的距離測量。因此，傳統激光測距器被用于各種應用中，如體育應用（例如，高爾夫和狩獵）、建筑應用（例如，測繪）以及軍事應用（例如，目標獲得）。

傳統的激光測距器通常采用“飛行時間”方法，進行測量距離。飛行時間激光測距器一般包括激光器和探測器。激光器朝向目標物體投射激光脈沖并且開始計時(clock)。探測器探測由于激光脈沖撞擊目標物體的反向散射。計時器(clock)在最初探測到反向散射后鳴響。激光脈沖的投射和反向散射的最初探測之間的時間差是飛行時間（即，光從激光測距器飛行到達目標物體，并且然后返回至激光測距器所花費的時間）。然后，通過將飛行時間乘以光的速度再除以二（到目標物體的距離是所傳播的距離的一半），計算到目標物體的距離。

因為傳統的“飛行時間”激光測距器基于反向散射的第一次探測測量距離，這種激光測距器被限制為僅探測一個物體（即，激光脈沖的路徑內的第一個物體）。此外，僅測量到目標物體的前緣的距離。因此，限制了傳統的“飛行時間”激光測距器的利用。

因此，本領域技術人員在激光測距器領域繼續研究和開發努力。

發明內容

在一個實施方式中，公開的激光測距器可包括激光器，其經配置將激光束投射至目標物體上，從而引起目標光束自目標物體反射，其中激光束具有頻率，其中以已知速度調制該頻率；第一分束器，其被布置以從激光束分裂出基準光束；第二分束器，其被布置以接收目標光束和基準光束，其中目標光束和基準光束被相干組合，相干組合光束確立差頻；以及探測器，其經配置測量差頻。

在另一個實施方式中，公開的激光測距器可包括激光器，其經配置將激光束投射至目標物體上，從而引起目標光束自目標物體反射，其中激光束具有頻率，其中以已知的調制速度調制頻率；第一分束器，其被布置以從激光束分裂出基準光束；第二分束器，其被布置以接收目標光束和基準光束，其中目標光束和基準光束被相干組合，相干組合光束確立差頻；以及探測器，其經配置以測量差頻并且基于所測量的差頻和已知的調制速度計算到目標物體的距離。

在另一個實施方式中，公開的測量到目標物體的距離的方法可包括以下步驟：（1）將連續的激光束投射至目標物體上，從而引起目標光束自目標物體反射，其中激光束具有頻率；（2）以已知的調制速度調制頻率；（3）從激光束分裂出基準光束；（4）相干組合目標光束與基準光束，其中相干組合光束確立差頻；（5）測量差頻；以及（6）基于所測量的差頻和已知的調制速度，計算距離。

在仍另一個實施方式中：

根據本公開的方面，提供了激光測距器，其包括：

激光器，其經配置將激光束投射至目標物體上，從而引起目標光束自所述目標物體反射，其中所述激光束具有頻率，并且其中以已知的調制速度調制所述頻率；

第一分束器，其被布置以從所述激光束分裂出基準光束；

第二分束器，其被布置以接收所述目標光束和所述基準光束，其中所述目標光束和所述基準光束被相干組合，其中所述相干組合光束確立差頻；以及

探測器，其經配置測量所述差頻。

有利地，所述探測器經進一步配置，以基于所述測量的差頻和所述調制速度測量到所述目標物體的距離。

有利地，所述調制速度是線性的。

有利地，所述基準光束泛射(flood)所述探測器。

有利地，所述探測器包括光電探測器。

優選地，所述光電探測器在所述差頻下形成電流振蕩。

優選地，所述探測器進一步包括互阻抗放大器，其經配置將所述電流轉換成電壓信號。

優選地，所述探測器進一步包括處理器，其經配置基于所述電壓信號確定所述差頻。

有利地，所述探測器是光學探測器。

有利地，所述激光束被連續投射。

根據本公開的進一步方面，提供了用于測量到目標物體的距離的方法，所述方法包括以下步驟：

將連續的激光束投射至所述目標物體上，從而引起目標光束自所述目標物體反射，其中所述激光束具有頻率；

以已知的調制速度調制所述頻率；

從所述激光束分裂出基準光束；

相干組合所述目標光束與所述基準光束，其中所述相干組合光束確立差頻；

測量所述差頻；以及