[發(fā)明專利]針對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的絕對(duì)距離測(cè)量

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810315456.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN108761478B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·維爾迪;T·魯斯;H-U·曼德爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/34
• 分類號(hào): G01S17/34;G01S17/36
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;楊薇

針對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的絕對(duì)距離測(cè)量，本發(fā)明涉及用于確定至以相對(duì)于測(cè)距儀的徑向運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的絕對(duì)距離的測(cè)量方法和測(cè)距儀，其中，向目標(biāo)發(fā)出經(jīng)調(diào)制的發(fā)射光束，并且檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，從而基于與設(shè)定的基礎(chǔ)調(diào)制相關(guān)的接收光束調(diào)制相位，該測(cè)量信號(hào)通過該測(cè)量信號(hào)的頻率相關(guān)信號(hào)曲線的至少一個(gè)參考點(diǎn)帶有與至目標(biāo)的絕對(duì)距離相關(guān)的信息，其中，針對(duì)設(shè)定的基礎(chǔ)調(diào)制頻率，推導(dǎo)出該頻率值相對(duì)于該測(cè)量信號(hào)的信號(hào)曲線的參考點(diǎn)(尤其是最小值點(diǎn))的偏差，即相對(duì)于參考點(diǎn)的頻率偏移和偏移方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于確定至以相對(duì)于測(cè)距儀的徑向運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的絕對(duì)距離的測(cè)量方法和測(cè)距儀。

背景技術(shù)

為了高分辨率距離測(cè)量，例如采用迄今越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)化的激光干涉儀。在此，準(zhǔn)直激光射線從測(cè)量?jī)x射向反光目標(biāo)。發(fā)出的光束被目標(biāo)反射并且與測(cè)量?jī)x中所接收到的光束重疊。當(dāng)距離變化時(shí)，重疊光束的強(qiáng)度根據(jù)兩個(gè)光束的干涉而變化。因此，基于激光的波長(zhǎng)和檢測(cè)到的并用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的強(qiáng)度變化的數(shù)量，可以確定至目標(biāo)的相對(duì)距離變化。從已知的參考值(即開始位置上的絕對(duì)距離)起，因而也可以確定距其它位置的絕對(duì)距離。

但這種用于確定相對(duì)距離的方法要求測(cè)量?jī)x與目標(biāo)之間的光束不被中斷。如果中斷了，則在中斷期間無(wú)法再檢測(cè)距離變化，并且測(cè)量?jī)x與目標(biāo)之間的絕對(duì)距離不再是已知的，并因此必須用其它手段來(lái)重新進(jìn)行確定或校準(zhǔn)。

為了測(cè)量絕對(duì)距離，已知各種不同方法，例如基于所謂的菲佐(Fizeau)齒輪法原理的各種不同變型。在此，最初通過齒輪周期性中斷激光射線，接著將其發(fā)射至反射鏡，并最后在齒輪處第二次周期性中斷激光射線。在返回光束消光的情況下，可以根據(jù)齒輪轉(zhuǎn)速通過與齒輪齒直至下一齒槽的渡越時(shí)間(Laufzeit)的比較來(lái)確定其渡越時(shí)間。

當(dāng)前，代替齒輪，例如采用光電晶體作為調(diào)制器。在此，測(cè)量光束不再被周期性中斷，而是通過調(diào)制器被調(diào)制。在調(diào)制時(shí)，例如發(fā)射光束的偏振和/或強(qiáng)度和/或頻率被調(diào)制，其中，基于返回的發(fā)射光束的調(diào)制相位可以推導(dǎo)出至目標(biāo)的絕對(duì)距離。

例如，借助經(jīng)調(diào)制的發(fā)射光束的至少一部分的調(diào)制/解調(diào)以及從目標(biāo)返回的發(fā)射光束的一部分的調(diào)制/解調(diào)如此檢測(cè)測(cè)量信號(hào)，即，測(cè)量信號(hào)的光強(qiáng)度根據(jù)反射鏡距離和調(diào)制頻率而周期性變化。如果人們例如在所限定的頻率范圍內(nèi)連續(xù)提高調(diào)制頻率，則在利用強(qiáng)度檢測(cè)器進(jìn)行同步記錄時(shí)形成調(diào)制頻率的波長(zhǎng)間距的等距最小值。各最小值的出現(xiàn)此時(shí)是基于以下事實(shí)，在每個(gè)時(shí)刻的各最小值處都恰好有整數(shù)個(gè)調(diào)制波長(zhǎng)處于調(diào)制器與目標(biāo)之間的雙倍測(cè)量距離上。因此，測(cè)量距離基本上通過兩個(gè)最小值相對(duì)于彼此在頻率上的距離來(lái)給出。

如果例如一個(gè)最小值位于第一頻率，則在雙倍測(cè)量距離中獲得整數(shù)的第一頻率波長(zhǎng)。如果現(xiàn)在繼續(xù)提高調(diào)制頻率，則在雙倍測(cè)量距離中的第二頻率的下一個(gè)相鄰最小值處恰好獲得高出第二頻率的波長(zhǎng)。因?yàn)橐趦蓚€(gè)頻率情況下測(cè)量同一距離，因此現(xiàn)在可以通過至少兩個(gè)最小值(最小值的頻率相關(guān)位置)的測(cè)定來(lái)求出至目標(biāo)的絕對(duì)距離。

對(duì)于高測(cè)量精度(如小于100微米、尤其小于1微米的精度)的獲得，各最小值的確定因?yàn)闇y(cè)量路徑中的大氣湍流和折射系數(shù)的變化變得困難。但大氣波動(dòng)例如可能通過與參考信號(hào)的關(guān)聯(lián)來(lái)補(bǔ)償，例如在采用用于(基礎(chǔ))調(diào)制頻率的附加頻率調(diào)制(頻擺)的頻擺發(fā)生器的情況下和采用用于調(diào)制信號(hào)檢測(cè)的鎖定同步放大器的情況下。

現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量?jī)x此時(shí)例如利用關(guān)聯(lián)的正負(fù)符號(hào)來(lái)確定相對(duì)于最小值的偏移方向，即確定當(dāng)前設(shè)定的基礎(chǔ)調(diào)制頻率是否低于或高于最小值點(diǎn)的頻率。此外，在趨勢(shì)上確實(shí)也可以通過所述關(guān)聯(lián)的值預(yù)測(cè)相對(duì)于最小值位置的模糊頻率相關(guān)距離(偏移)。但是，相對(duì)于最小值點(diǎn)的偏移的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)因各種因素而實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，例如所使用的反射鏡類型、反射鏡的臟污和傾斜、瞄準(zhǔn)精度、至目標(biāo)的距離、激光器功率或空氣阻尼。

在靜態(tài)情況下，即對(duì)于具有固定距離的目標(biāo)來(lái)說，最小值點(diǎn)例如可以借助迭代近似(借助偏移方向)來(lái)確定，在大多數(shù)情況下，相對(duì)于最小值點(diǎn)的偏移不直接源于所述關(guān)聯(lián)并不重要。距離測(cè)量需要更長(zhǎng)的時(shí)間。