[發明專利]具有SPAD陣列和距離走動補償的距離測量裝置

有效

• 申請號: 201810536998.5
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN109085599B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: J·辛德林;S·貝斯特勒;T·皮奧克;A·沃爾澤;R·沃爾格南特
• 申請（專利權）人: 赫克斯岡技術中心
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃綸偉

具有SPAD陣列和距離走動補償的距離測量裝置。本發明涉及一種距離測量裝置，該距離測量裝置包括用于以非常高的動態范圍和距離走動補償進行高度準確距離測量的傳感器，所述傳感器借助于單光子雪崩光電二極管的陣列來設置。

技術領域

本發明涉及一種用于高度準確距離測量的距離測量裝置，該距離測量裝置具有非常高的動態范圍和距離走動補償。

背景技術

根據本發明的光電子距離測量裝置例如適于通常使用LIDAR、激光跟蹤器、視距儀、激光掃描儀或剖面儀的測地學和工業測量領域中的距離和坐標測量機。

電子或電子光學距離測量領域中已知各種原理和方法。一種方法在于朝向要測量的目標發射脈沖電磁輻射(諸如例如，激光)，隨后從作為后向散射對象的所述目標接收回波，其中，例如可以基于脈沖的飛行時間、形狀和/或相位確定到要測量的目標的距離。這種激光距離測量裝置在許多領域中作為標準解決方案已經同時獲得認可。

后向散射脈沖序列的后向散射脈沖主要通過使用兩種不同方法或其組合來檢測。

在所謂的閾值方法中，在入射在所使用的距離測量儀器的檢測器上的輻射的強度超過特定閾值時檢測光脈沖。所述閾值防止來自背景的噪聲和干擾信號被錯誤檢測為有用信號(即，作為已發射脈沖的后向散射光)。

然而，有問題的是在諸如例如由于較大測量距離引起的弱后向散射脈沖的情況下，檢測在脈沖強度落至檢測閾值以下(即，閾值以下)時不再可能。由此，所述閾值方法的主要缺點在于以下事實：測量信號的振幅(amplitude)必須充分大于信號路徑中的光和電噪聲源的噪聲振幅以使錯誤檢測最小化，結果是對于較大距離的測量，閾值方法僅適用于有限范圍。

另一種方法基于后向散射脈沖的采樣。該方法通常用于諸如例如由較大測量距離引起的弱后向散射信號(例如，脈沖信號)的情況下。該方法還可以被當作積分信號檢測，其中，整個信號信息和顯著噪聲信息這兩者通過采樣來檢測。這例如導致測量準確度的提高。所發射信號由以下過程來檢測：對由檢測器檢測的輻射采樣，在所采樣的區域內識別信號，最后在時間上確定信號的位置。借助于與發射速率同步地使用大量樣本和/或積累接收信號，即使在不利環境下也可以識別有用信號，使得甚至可以處理較大的距離或嘈雜的背景場景或受干擾困擾的背景場景。

現今，這里經常借助于波形數字化(WFD)方法來對由檢測器檢測的輻射的模擬信號的整個波形采樣。在識別所接收信號的關聯發送信號(ASK、FSK、PSK等)的編碼之后，從所采樣、數字化以及重構信號的定義輪廓點(例如，拐點、曲線最大值)非常準確地或借助于從時間內插已知的最佳濾波器整體地確定信號飛行時間(“脈沖飛行時間”)。

電子接收器電路的有限線性調制范圍成問題。在近距范圍內，信號可以使接收器飽和，使得不再正確確定發送信號的編碼或以不足的準確度確定飛行時間。

由此，信號采樣的禁止性缺點在于以下事實：在作為過強接收信號強度的結果的飽和接收電子器件的狀態下(具體為短距離)或在目標對象的高反射率的情況下，測量信號的適當可評價信息不再可用，因為然后不再可能考慮檢測器飽和來確定實際信號輪廓。

作為確定脈沖飛行時間的另選方案或除了確定脈沖飛行時間之外，還經常關于在振幅、相位、極化、波長和/或頻率方面編碼或調制的脈沖或脈沖序列進行(快速)采樣。

用示例的方式，在后向散射信號的時間上非常精確的采樣的方法中，由檢測器生成的電信號借助于模數轉換器(ADC)被轉換成數字信號序列。該數字信號隨后通常被進一步實時處理。在第一步驟中，由特定數字濾波器解碼(也就是說，識別)所述信號序列，最后，確定描述時間間隔的簽名(signature)在信號序列中的位置。時間分辨簽名的示例是質心、余弦變換或例如具有源于脈沖形狀的權重系數集的振幅正規化FIR濾波器(“有限脈沖響應濾波器”)。為了消除可能的距離漂移，還將對應時間分解簽名與內部啟動信號進行比較。為了避免不可逆的采樣誤差，應用為本領域技術人員所知的另外數字信號變換。