[發明專利]通過至少一個檢測器在多用戶環境中測量到目標的距離的方法和設備

在審

• 申請號: 201680088446.1
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN109844563A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·托馬斯·凱勒;盧西奧·卡拉拉
• 申請（專利權）人: 法斯特里3D公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S7/02;G01S7/292;G01S13/22;G01S15/10
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 楊雅;姚開麗

本發明涉及一種通過至少一個傳感器在多用戶環境中測量到目標的距離的方法，該方法包括：通過一系列輻射脈沖照射環境，其中以確定的重復率和確定的隨機延遲發射一系列輻射脈沖；收集從環境反射或散射到至少一個檢測器的脈沖，該至少一個檢測器連接到至少一個計時器；在檢測器上每檢測到脈沖時分配時間戳；從來自計時器的每一個記錄的時間戳中減去所添加的延遲，該結果對應于到達時間；確定到達時間的統計分布；根據所述統計分布確定到目標的距離。

技術領域

本發明涉及一種用于通過向觀測環境中發送信號并記錄所述信號從目標反彈并回波所需的飛行時間(TOF)來檢測距離的方法和設備。這種發出的信號通常是聲波和/或電磁性質的波。第一種類型(聲學性質的波)通常稱為聲吶(代表聲音導航和測距)，并且通常使用超聲波。后者(電磁性質的波)根據所采用的電磁頻率范圍而被稱為雷達(無線電檢測和測距)或光學雷達(光檢測和測距，有時也被稱為激光雷達)。

更具體地說，本發明解決了當在同一環境中存在多個類似結構的系統時這種飛行時間系統會遇到的問題：這些系統通常相互干擾，并最終破壞彼此的TOF檢測。

背景技術

飛行時間(TOF)系統是眾所周知的，它使用聲波(稱為聲吶；聲音導航與測距)、或在無線電或微波頻率范圍內發射的電磁(em)波(稱為雷達；無線電檢測和測距；通常指頻率＜1THz的電磁輻射)、或在光頻率范圍內發射的電磁波(稱為激光雷達；光檢測和測距；通常指頻率≥1THz的電磁輻射；這些頻率通常由稱為波長的其倒數表示來指代)。

飛行時間(TOF)系統向探測目標發射一種類型的輻射并檢測反射回聲。通過估算所述輻射返回所需的時間，并且通過假定所考慮的輻射的傳播速度(c)是恒定的并且是已知的，可以推斷到目標的距離。輻射通常是聲學性質或電磁性質的輻射。

有兩種不同的飛行時間(TOF)方法，它們稱為直接方法和間接方法。

在直接飛行時間(d-TOF)中，系統以脈沖的形式發射輻射，并且直接測量從該發射開始直到回聲返回的時間。該時間差對應于所發射的輻射到達(通常稱為)目標并返回所需的飛行時間(TOF)。圖1示出了這個概念。在直接飛行時間中，TOF-系統和目標之間的距離(D)被計算為D＝cTOF/2，其中c是所考慮的輻射在所考慮的介質中的傳播速度。

可以基于例如在時域中超過設定閾值的輻射幅度或在頻域中超過某一值的輻射來識別輻射脈沖。檢測超過某個值通常被稱為檢測前沿或上升沿，檢測低于某一值通常被稱為檢測后沿或下降沿。除了這種閾值檢測之外，還可以使用其他檢測方法，例如檢測特定脈沖形狀，脈沖再次被理解為在時域或頻域中分別實現。例如，在US 8031106和US20120257186中給出了這種脈沖的示例。

在間接飛行時間(i-TOF)中，系統發射調制輻射，并且通過調制發射和檢測到的回波之間的相移來估算系統和目標之間的距離。例如，發射可以是sin(2πf)形式，并且檢測是形式。然后將距離估算為這種調制可以通過輻射參數的任意組合來實現，例如幅度調制、頻率調制和相位調制。

方波調制通常用作正弦調制的粗略近似，如圖2所示。在方波調制中，發射脈沖，其中，脈沖表示等效正弦的高狀態(峰值)，并且脈沖之間的“關閉”階段表示正弦的低狀態(谷值)。在某些情況下，方波調制是優選的，因為它可以使用簡單的數字電路來實現。無論是脈沖調制還是連續調制，基本的測量原理是相同的：相位差被估算，并且由此推斷出距離。

Kim等人在US 8217327B2中采用了一種不同的使用方波調制的i-TOF方法：他們在重疊時間間隔期間使用短脈沖和長脈沖進行調制。這兩個脈沖疊加，使得發射的脈沖在幅度上顯示出不對稱性。檢測器基于檢測到的光的幅度累積電荷。由于有效發射脈沖中的不對稱性，電荷檢測也顯示不對稱。通過讀出預定相位差處的累積電荷，可以推導出與確定相位差的方法類似的距離，但是避免解調。