專利名稱：用于測距及檢測非理想線性調(diào)頻脈沖曲線的電光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的電光測距方法、根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分所述的電光測距裝置以及計算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
在電子測距或者電光測距領(lǐng)域中，已經(jīng)公開了各種原理和方法。方法是向待測目標(biāo)發(fā)送調(diào)頻電磁輻射(例如，可見激光或者不可見激光)，隨后接收來自背射物體的一個或更多個回波，理想的是專接收來自待測目標(biāo)的一個或更多個回波。在接收后，將或許已疊加的回波信號與混頻信號疊加，由此減小待分析的信號頻率，從而使得裝置不致太復(fù)雜。此外，混頻可實現(xiàn)為利用發(fā)送信號的零差法，或是可實現(xiàn)為利用周期已知的周期信號(尤其是諧波)信號的外差法。因此，這兩種方法的不同之處在于，與發(fā)送信號本身混頻，或是與具有固有頻率的諧波信號混頻?；祛l的作用是將接收信號轉(zhuǎn)換到更低的頻率。隨后，根據(jù)所得信號來確定渡越時間，進(jìn)而在已知所用輻射的傳播速度的情況下確定距待測目標(biāo)的距離。
用于實現(xiàn)這些方法的裝置通常利用一信號發(fā)生器作為線性調(diào)頻脈沖(chirp)發(fā)生器，它給可調(diào)制的輻射源疊加一信號。在光學(xué)領(lǐng)域中，通常采用激光作為輻射源。為了發(fā)射和接收，在光學(xué)領(lǐng)域中采用了發(fā)送和接收光學(xué)系統(tǒng)，與所述光學(xué)系統(tǒng)的后置電路(down-circuit)相連接的分別是檢測器和接收器，接著是混頻器、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器。
通常，信號發(fā)生器生成經(jīng)線性調(diào)頻的線性調(diào)頻脈沖作為信號s(t)s(t)＝a+b·cos(2π·Φ(t))，Φ(t)＝c+d·t+e·t2(1)在這里，瞬時頻率f(t)=dΦ(t)dt]]>是時間的線性函數(shù)f(t)＝d+2e·t(2)
這簡化了對渡越時間的確定。
如果有n個目標(biāo)，這些目標(biāo)的相對幅值為Ak且渡越時間為tk(k＝1，...，n)，則可將無噪音回波信號e(t)寫成如下e(t)=Σk=1nAks(t-tk)---(3)]]>檢測該回波信號e(t)，并其與信號m(t)混頻 與信號m(t)的混頻得到了如下信號d(t)=∫0∞h(t-t′)·e(t′)·m(t′)dt′---(5)]]>其中，h表示適合的低通濾波器的脈沖響應(yīng)。
對于理想的低通，式(5)中的低通濾波可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)非常良好近似地明確執(zhí)行；在零差情況下，例如，在略去了高頻項之后，按照式(1)中的第一式以及式(3)至式(5)得到d(t)=d0+b22Σk=1nAkcos(2π[Φ(t-tk)-Φ(t-t0)])---(5′)]]>這里，信號偏移為d0=a2Σk=1nAk.]]>混頻信號在有限測量間隔-T/2≤t≤T/2中被數(shù)字化并被存儲。根據(jù)該信號的頻率信息并且可選地根據(jù)其相位信息，來確定渡越時間tk，通?？梢约僭O(shè)n很小，并且還可以是已知的。回波之一，例如第n個回波，也可以源于固定且已知的參照目標(biāo)，并且可以根據(jù)渡越時間差tk至tn和已知的參照目標(biāo)距離來計算其余目標(biāo)的目標(biāo)距離。在零差情況下，混頻信號m(t)＝s(t-t0)本身可用作參照基準(zhǔn)，t0對應(yīng)于參照距離。
在按照式(1)的線性的線性調(diào)頻脈沖的情況下，第k個回波向信號d(t)貢獻(xiàn)的瞬時頻率為 因此在這種情況下，原則上可以根據(jù)對信號d(t)的頻率分析(在外差情況下為時間結(jié)果的頻率分析)而直接確定渡越時間tk，但是分辨率仍然很低。更精確的結(jié)果可以通過考慮相位信息來獲得。
在現(xiàn)有技術(shù)中，這樣的或類似的方法例如在以下公開中得到了描述。
EP 0 834 086 B1描述了一種光學(xué)的FMCW測距法，該測距法在短測量時間內(nèi)具有相位測量法領(lǐng)域的精度。在所述方法中，線性調(diào)頻脈沖發(fā)生器例如產(chǎn)生線性調(diào)頻信號，該信號被分為發(fā)送信號和基準(zhǔn)信號，這兩個信號在90°相位差接收器中彼此復(fù)數(shù)相乘。
DE 196 10 970 A1公開了一種利用了雷達(dá)范圍內(nèi)的電磁輻射進(jìn)行測距的連續(xù)發(fā)射調(diào)頻方法(FMCW法)。發(fā)射時間線性的調(diào)頻(擺動)的信號，在經(jīng)由目標(biāo)反射并隨后接收到后對其進(jìn)行分析。在混頻器中由發(fā)送信號和接收信號生成中間頻率信號，對該中間頻率信號進(jìn)行快速傅立葉變換。
在這兩個公開中以及在現(xiàn)有技術(shù)的其他解決方案中，針對評估假設(shè)了與設(shè)備老化無關(guān)的、已知時間線性的調(diào)頻曲線f(t)。熟知的以及老化無關(guān)的條件和線性條件根本無法按照所需精度實現(xiàn)，或者只能在裝置方面付出極大努力才能實現(xiàn)。
因此，例如，特開申請DE 100 65 657 A1描述了用于對具有強(qiáng)相位噪音的振蕩器進(jìn)行線性化的級聯(lián)相位調(diào)節(jié)環(huán)路。其目的在于產(chǎn)生線性的模擬頻率斜坡(ramp)。然而，可獲的線性和對頻率曲線的掌握仍然受到限制，即便在裝置方面付出極大努力也無法完全避免這種情況。
因此，產(chǎn)生具有預(yù)定頻率曲線(例如，線性的)的線性調(diào)頻脈沖在技術(shù)上是復(fù)雜的，而且原則上隨意按照精確而穩(wěn)定的方式也是不可能的。所得的發(fā)送信號與理想情況的偏差造成系統(tǒng)測量誤差。
EP 1 464 982描述了一種用于FMCW雷達(dá)設(shè)備的方法，它具有帶斜坡調(diào)制的非線性發(fā)射頻率曲線。由此實現(xiàn)了對相位函數(shù)(在線性的線性調(diào)頻脈沖這一理想情況下是二次相位函數(shù))的線性化。對于該文獻(xiàn)中提到的參數(shù)，在目標(biāo)距離為1100m時，近似度達(dá)到10ppm，因而這個根據(jù)雷達(dá)范圍的算法不適用于高精度的電光法測量。另外，該方法采用多項算式，其中在對發(fā)射斜坡進(jìn)行建模中線性部分假定為已知的。此外，為了進(jìn)行評估還需要相位值，因而需要相位展開。因此，該算式基于帶來誤差的簡化建模以及對參數(shù)的先驗知識或者對用于導(dǎo)出模型參數(shù)的相位值的必要求解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠改善對頻率曲線的識別和了解以及/或者能夠減小或避免誤差或誤差的影響的解決方案，該解決方案旨在采用(實際)接收信號直接用于評估。
本發(fā)明的另一個目的是，在保持性能不變的情況下降低對所用部件的要求，或者在保持部件不變的情況下提高性能。
這些目的是分別通過權(quán)利要求1和12或者獨立權(quán)項的主題來實現(xiàn)，或者借此進(jìn)一步發(fā)展這些解決方案。
本發(fā)明基于利用包括非線性參數(shù)在內(nèi)的有限個參數(shù)來對相位函數(shù)Φ(t)進(jìn)行建模。這可以根據(jù)下式通過具有任意參數(shù)c1，...，cm的一般性描述來實現(xiàn)Φ(t)＝Φ(t；c1，...，cm)(7)或者，例如通過適當(dāng)基函數(shù)j(t)的線性組合來實現(xiàn)，尤其利用冪、正交多項式、小波或者采樣時的離散δ函數(shù)作為基函數(shù)，以系數(shù)c1，...，cm作為線性參數(shù)Φ(t)=Σj=1mcjΦj(t)---(7,)]]>附加參數(shù)cj或者附加參數(shù)cj的至少一些是通過測量來確定的，例如在每次測量中同時確定，這種確定還可以與所有其他相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)及渡越時間tk一同完成。從而對所有未知參數(shù)的確定都成為(統(tǒng)計的)參數(shù)估計問題。具體確定方法的示例是已知的最大似然法，例如參見B.Lvander Waerden的“數(shù)學(xué)統(tǒng)計(Mathematical Statistics)”(Springer出版社，Berlin，Goettingen，Heidelberg，1957)中的§35。這里，按照式(5’)(或者更一般地說按照式(1)、(7)、(3)、(4)以及(5))，確定模型信號d(t)中的未知參數(shù)，即，A1，...，An、t1，...，tn、c1，...，cm以及t0或f0和，以及信號偏移d0，由此與實際測量的信號的偏差(其被認(rèn)為是噪音矢量)具有最大概率密度。
在具有正態(tài)分布的不相關(guān)噪音的情況下，例如，這對應(yīng)于按照最小二乘法的(非線性)擬合。從而，即便在相關(guān)噪音的一般情況下，對參數(shù)和渡越時間tk并且進(jìn)而對求解的目標(biāo)距離的確定也都?xì)w于非線性優(yōu)化問題，為了解決該問題，現(xiàn)有技術(shù)公開了通常是迭代的多種方法，例如，D.W.Marquardt的“An Algorithm for Least-Squares Estimation of NonlinearParameters”，SIAM Journal on Applied Mathematics 11(1963)，431-441，或者K.Levenberg的“A Method for the Solution of Certain Non-LinearProblems in Least Squares”，Quarterly of Applied Mathematics 2(1944)，164-168，或者經(jīng)典BFGS方法及其改進(jìn)方案，或者例如在A.Forsgren、P.E.Gill以及M.H.Wright的的綜述文章“Interior Methods for NonlinearOptimization”，SIAM Review 44(2002)，525-597中描述的現(xiàn)代方法。
如果線性調(diào)頻脈沖信號與線性情況的偏差較小(這被認(rèn)為是常見情況)，則也可以利用已知方法基于式(6)來實現(xiàn)對用于迭代優(yōu)化的近似初始值的獲得。
為了改善估計問題的調(diào)整，即為了提高數(shù)值穩(wěn)定性，還根據(jù)Φtot＝Φ(tb)-Φ(ta)測量發(fā)送信號在已知的時間間隔ta≤t≤tb中(例如，在ta＝-T/2、tb＝T/2的測量間隔中)的總相位變化。在式(7’)的情況下，對于在優(yōu)化時可以考慮的系數(shù)c1，...，cm，這得到線性輔助條件Σj=1m[Φj(tb)-Φj(ta)]·cj=Φtot---(8,)]]>而在一般情況(7)下，在優(yōu)化中考慮以下非線性輔助條件Φ(tb；c1，K，cm)-Φ(ta；c1，K，cm)＝Φtot(8)通過計數(shù)發(fā)送信號過零的次數(shù)來例如按照簡單的方式來實現(xiàn)對Φtot的測量；從而測量誤差不超過1/2，與大相位差Φtot相比這對于大多數(shù)用途來說都是可忽略不計的。例如，當(dāng)ta＝-T/2、tb＝T/2時，在圖6至圖11的情況下，Φtot約等于105。關(guān)于裝置方面的附加復(fù)雜性，根據(jù)需要還可以例如通過借助單斜坡積分來確定殘余相位，從而進(jìn)一步減小誤差。
這種方案的另一優(yōu)點在于不需要90°相位差接收器，而這例如在EP 0834 086 B1中被描述為必需部件。
了解信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號或者由輻射源發(fā)出的調(diào)頻射線的實際曲線原則上允許兩種方案。首先，通過適當(dāng)?shù)夭倏匦盘柊l(fā)生器可以在信號產(chǎn)生時預(yù)計信號中的非線性部分。因此，信號產(chǎn)生例如實時地適于實際的信號曲線。其次，知道實際誤差也允許在信號處理和距離計算中對誤差進(jìn)行補償。例如通過將信號發(fā)生器重新調(diào)整到特定非線性閾值，同時接受所留偏差并在計算中加以考慮，還可以將這兩種方案相互結(jié)合。


下面參照在附圖中示意性地示出的實施例，僅通過示例的方式來更詳細(xì)地描述或者解釋根據(jù)本發(fā)明的測距裝置或測距方法。具體來說，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的示意圖，其中利用電信號作為混頻信號并且具有用于總相位的計數(shù)器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的示意圖，其中利用光學(xué)檢測信號作為混頻信號并且具有用于總相位的計數(shù)器；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的示意圖，其中利用電信號作為混頻信號并且具有90°相位差接收器；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的示意圖，其中利用光學(xué)檢測信號作為混頻信號并且具有90°相位差接收器；圖5示出了通過疊加和非線性的順序來產(chǎn)生混頻項的示意圖；圖6示出了在零差情況下用于理想線性的線性調(diào)頻脈沖的頻率曲線和接收信號的圖；圖7示出了在零差情況下具有四階附加項的理想線性調(diào)頻脈沖的擾動的圖；圖8示出了在零差情況下有擾動的線性調(diào)頻脈沖與理想的線性調(diào)頻脈沖之間的發(fā)射頻率差和接收信號差的圖；圖9示出了在外差情況下用于理想線性調(diào)頻脈沖的頻率曲線和接收信號的圖；圖10示出了在外差情況下具有四階附加項的理想線性調(diào)頻脈沖的擾動的圖；
圖11示出了在外差情況下有擾動的線性調(diào)頻脈沖與理想的線性調(diào)頻脈沖之間的發(fā)射頻率差和接收信號差。
圖1至圖5僅示出了光學(xué)實施例，其中以下附圖標(biāo)記被用于標(biāo)識裝置部件的純示意圖中的元件。僅示出了零差變型例。然而，根據(jù)本發(fā)明還可以實現(xiàn)在非光譜范圍內(nèi)(例如，在雷達(dá)或者微波范圍內(nèi))的外差變型例和裝置。外差變型例需要用于產(chǎn)生混頻所需的第二信號的另一信號發(fā)生器或者另一信號輸出。
附圖標(biāo)記一覽表ADC-模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器BS-用戶界面DE-檢測器DE1-第一檢測器DE2-第二檢測器DSP-數(shù)字信號處理器EO-接收光學(xué)系統(tǒng)MI-混頻器MI1-第一混頻器MI2-第二混頻器MS-混頻信號NL-非線性SD-分束器SG-信號發(fā)生器SO-發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)ST-控制器TF-低通濾波器TL-激勵器及激光器UE-疊加ZA-計數(shù)器90°-90°移相器
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的示意圖，其中包括混頻器MI，信號發(fā)生器SG的電信號s(t)和檢測器DE的回波信號e(t)在該混頻器中耦合。信號發(fā)生器SG的信號s(t)還用于對由激勵器及激光器TL產(chǎn)生的輻射疊加頻率調(diào)制。該可見光譜或者非可見光譜范圍內(nèi)的光輻射是通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)SO而發(fā)出的，在被一個或更多個目標(biāo)或物體反射后又通過接收光學(xué)系統(tǒng)EO和檢測器DE來接收。在零差法中，混頻器MI利用信號發(fā)生器SG的信號s(t)和包括在接收輻射中的由激勵器及激光器TL產(chǎn)生的光束的信號兩者?；祛l器MI的結(jié)果通過低通濾波器TF和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC被數(shù)字化并被饋送給數(shù)字信號處理器DSP用以進(jìn)行信號處理。通過計數(shù)器ZA與混頻器MI并行地確定總相位TP，同樣也將其饋送給數(shù)字信號處理器DSP。控制器ST控制信號發(fā)生器SG，使得能補償產(chǎn)生的信號與理想曲線的偏差。因此，可以通過控制器ST來改變信號發(fā)生器SG所產(chǎn)生的信號s(t)以使實際發(fā)射具有理想的頻率曲線，或者在評估時純粹從算法上考慮誤差。另外，還可以結(jié)合對與理想狀況的偏差的校正及其計算考慮。可通過用戶界面BS來控制測距裝置。
圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，其中包括利用光學(xué)檢測信號的混頻器MI并且包括用于總相位TP的計數(shù)器ZA。與圖1不同的是，信號發(fā)生器SG的信號s(t)沒有被直接饋送給混頻器MI，而是經(jīng)由分束器SD將由激勵器及激光器TL發(fā)出的輻射送到第二檢測器DE2，第二檢測器DE2的輸出又同時連至混頻器MI和用于確定總相位TP的計數(shù)器ZA兩者。因此，除了回波信號e(t)外，這種布置還利用了經(jīng)由內(nèi)部路程而饋送的第二光學(xué)檢測信號s(t-t0)，從而激勵器/激光器組TL的影響同等地作用于混頻器MI的兩個信號。
圖3中示出了類似于圖1中的實施例的作為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的示意圖，其中包括兩個混頻器、直接電信號耦合輸入以及90°相位差接收器。信號發(fā)生器SG的信號s(t)被饋送給第一混頻器MI1以及后置電路為低通濾波器TF和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的第二混頻器MI2，第二混頻器MI2的信號在90°移相器中被移相。檢測器DE記錄下的輻射的回波信號e(t)不僅被耦合輸入到第一混頻器MI1，而且被耦合輸入到第二混頻器MI2，整體上得到一90°相位差接收器。
圖4示出了與圖2的第二實施例相似的根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的示意圖，其中包括兩個混頻器、光學(xué)檢測信號s(t-t0)以及90°相位差接收器。第四實施例將圖3的第三實施例的90°相位差接收器與圖2的第二實施例的對信號s(t-t0)的光學(xué)檢測結(jié)合在一起。與圖1不同的是，信號發(fā)生器SG的信號s(t)沒有被直接饋送給90°相位差接收器，而是經(jīng)由分束器SD將由激勵器及激光器TL發(fā)出的輻射送到第二檢測器DE2，第二檢測器DE2繼而與90°相位差接收器相連接。
圖5示意性地示出了通過疊加UE和非線性NL的順序來產(chǎn)生混頻項。混頻項的產(chǎn)生表示可與上述實施例中的任一個相結(jié)合的另一基本可能性。因為由此可以省略一個檢測器，所以對于第二實施例尤為有利。通過在隨后為非線性NL和低通濾波器TF的檢測器DE之前或之處對混頻信號m(t)與回波信號e(t)進(jìn)行UE疊加來代替混頻器。二次非線性NL精確地產(chǎn)生所需乘積作為混頻項，而低通濾波器TF抑制了不希望的項。該原理例如用在二極管混頻器或者FET混頻器中。
后面的圖6至圖11示出了針對零差示例和外差示例與嚴(yán)格線性的線性調(diào)頻脈沖曲線的偏差的影響，由所述偏差可能導(dǎo)致測距誤差。如果沒有對線性調(diào)頻脈沖曲線進(jìn)行建模，則或是必須采用更復(fù)雜的裝置以滿足線性要求，或是必須接受有誤差的測量。
圖6至圖8示出了零差情況下的多個示例。借助Matlab來計算仿真結(jié)果，在此基于以下值fs＝10MHz采樣頻率T＝1ms線性調(diào)頻脈沖周期m＝9980采樣點數(shù)f0＝600MHz中心頻率B＝100MHz線性調(diào)頻脈沖帶寬d0＝0信號偏差對于距離為4.5m和45m的兩個同樣強(qiáng)的目標(biāo)，圖6示出了在零差情況下對于理想線性的線性調(diào)頻脈沖的頻率曲線圖(上)和經(jīng)混頻并采樣的接收信號的圖(下)。
圖7示出了在公式(1)中附加有四階項的零差情況下的理想線性調(diào)頻脈沖的擾動。為了初始頻率和終止頻率變化不大，還對二次項略做調(diào)整。因此，相位函數(shù)中的擾動項為ΔΦ(t)＝-6.0·109s-2·t2+1.114·1016s-4·t4(9)圖7也示出頻率曲線(上)和經(jīng)混頻并采樣的接收信號(下)。
圖8示出了在零差情況下有擾動的線性調(diào)頻脈沖與理想的線性調(diào)頻脈沖之間的發(fā)射頻率差和接收信號差。盡管線性調(diào)頻脈沖頻率與理想值最大相差僅0.42％，但接收信號之差就與信號本身一樣大了。示出了頻率差(上)以及接收信號差(下)。
圖9至圖11示出外差情況的多個示例。同樣借助Matlab來計算仿真結(jié)果，在這里基于與零差情況下的值相同的值。諧波混頻信號的頻率f1為500MHz。
圖9示出了在外差情況下對于線性的線性調(diào)頻脈沖的頻率曲線(上)和接收信號(下)。這里，采用了與以上零差情況相同的參數(shù)值和目標(biāo)距離。
圖10示出了在外差情況下根據(jù)理想的線性調(diào)頻脈沖的式(9)的擾動的影響。也示出了頻率曲線(上)和經(jīng)混頻并采樣的接收信號(下)。
圖11示出了在外差情況下有擾動的線性調(diào)頻脈沖與理想的線性調(diào)頻脈沖之間的發(fā)射頻率差和接收信號差。盡管線性調(diào)頻脈沖頻率與理想值最大相差僅0.42％，但接收信號之差還是與信號本身一樣大。
顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，部件或者原理的各種設(shè)置可以按照另選或者增補的方式而相互組合。如以上已經(jīng)提到的，也可以在零差或外差結(jié)構(gòu)下設(shè)計實施例裝置具有不同形式的混頻器(例如，Gilbert單元或者采樣混頻器)，或者通過疊加和非線性的順序來替代一個或更多個混頻器。
權(quán)利要求
1.一種電光測距方法，該電光測距方法包括以下步驟發(fā)射步驟，向至少一個待測目標(biāo)發(fā)射調(diào)頻光電磁輻射，通過下式來描述作為疊加在所述輻射上的頻率的線性調(diào)頻脈沖f(t)=dΦ(t)dt,]]>Φ(t)為相位函數(shù)；接收步驟，接收由所述至少一個待測目標(biāo)散射回的輻射；轉(zhuǎn)換步驟，將所接收到的輻射轉(zhuǎn)換成至少一個接收信號，尤其是利用零差混頻或者外差混頻來轉(zhuǎn)換；確定步驟，根據(jù)所述接收信號確定距所述至少一個待測目標(biāo)的至少一個距離，該電光測距方法的特征在于，所述相位函數(shù)Φ(t)是利用參數(shù)cj來建模的，所述參數(shù)中的至少一些是通過所述接收信號來確定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，所述參數(shù)中的至少一些是在不確定相位值的情況下直接根據(jù)所述接收信號而確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，所述組參數(shù)cj的基數(shù)是有限的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，在每次測量時確定所述參數(shù)cj，尤其是與另外的系統(tǒng)參數(shù)和/或?qū)?yīng)于所述至少一個距離的渡越時間tk一起來確定所述參數(shù)cj。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，測量發(fā)送信號在已知的時間間隔內(nèi)、尤其是在測量間隔內(nèi)的總相位變化Φtot＝Φ(tb)-Φ(ta)，尤其是通過計數(shù)所述發(fā)送信號過零的次數(shù)來測量總相位變化。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，將所述根Φ(t)=Σj=1mcjΦj(t)]]>的相位函數(shù)建模為適當(dāng)?shù)幕瘮?shù)Φj(t)的有限線性組合，尤其是利用以下內(nèi)容作為基函數(shù)冪；正交多項式；小波；或者采樣點處的離散δ函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，在信號評估中針對系數(shù)c1，...，cm，考慮一般輔助條件Φ(tb；c1，K，cm)-Φ(ta；c1，K，cm)＝Φtot，或者線性輔助條件Σj=1m[Φj(tb)-Φj(ta)]·cj=Φtot.]]>
8.根據(jù)權(quán)利要求4、6或7所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，借助最大似然法來確定所述參數(shù)cj，尤其是與所求的另外的系統(tǒng)參數(shù)和渡越時間tk一起來確定參數(shù)cj，優(yōu)選地按照最小二乘法來確定，可選擇地采用一般輔助條件或線性輔助條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，利用非線性參數(shù)c1，...，cm來對所述相位函數(shù)Φ(t)＝Φ(t；c1，...，cm)進(jìn)行建模，從而使得要解決的優(yōu)化問題也關(guān)于參數(shù)c1，...，cm呈非線性。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的電光測距方法，該電光測距方法的特征在于，尤其是當(dāng)線性調(diào)頻脈沖與線性的偏差較小時，借助于頻率分析來計算渡越時間tk的近似初始值，并且利用所述參數(shù)的近似值來計算下式 其中，e(t)表示回波信號，d表示信號偏移。
11.一種帶有程序代碼的計算機(jī)程序產(chǎn)品，所述程序代碼存儲在可機(jī)讀介質(zhì)上或者通過電磁波來體現(xiàn)，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一項所述的方法，尤其是在該程序在計算機(jī)上運行的情況下。
12.一種電光測距裝置，該電光測距裝置用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一項所述的電光測距方法，該電光測距裝置至少包括可調(diào)制的光輻射源(TL)，其用于產(chǎn)生光輻射并向待測目標(biāo)發(fā)射該光輻射；信號發(fā)生器(SG)，其用于對輻射源(TL)進(jìn)行調(diào)制，通過下式來描述作為疊加在所述輻射上的頻率的線性調(diào)頻脈沖f(t)=dΦ(t)dt,]]>Φ(t)為相位函數(shù)；檢測器(DE，DE1，DE2)，其用于接收散射回的輻射并將該輻射轉(zhuǎn)換為信號；信號處理器，尤其是數(shù)字信號處理器(DSP)，其用于對所述信號進(jìn)行處理；特別地還包括混頻器(MI，MI1，MI2)，其用于執(zhí)行零差混頻處理或者外差混頻處理，所述電光測距裝置的特征在于，所述信號發(fā)生器(SG)、所述檢測器(DE，DE1，DE2)以及所述信號處理器被布置且設(shè)計為使得，用于對所述相位函數(shù)Φ(t)進(jìn)行建模的所述參數(shù)cj中的至少一些是根據(jù)測量而確定的，尤其是根據(jù)對所接收到的輻射的測量而確定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電光測距裝置，該電光測距裝置的特征在于，所述信號發(fā)生器(SG)、所述檢測器(DE，DE1，DE2)以及所述信號處理器被布置且設(shè)計為使得，在每次測量時確定所述參數(shù)cj，尤其是與另外的系統(tǒng)參數(shù)和/或?qū)?yīng)于至少一個距離的渡越時間tk一起來確定所述參數(shù)cj。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或者13所述的電光測距裝置，該電光測距裝置的特征在于包括用于確定發(fā)送信號的總相位(TP)的裝置，尤其是計數(shù)器(ZA)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任一項所述的電光測距裝置，該電光測距裝置的特征在于，通過以下順序來產(chǎn)生混頻項，尤其是在后置電路為低通濾波器(TF)的情況下將所述散射回的輻射與混頻信號進(jìn)行光或電疊加(UE)；以及非線性化(NL)，尤其是二次非線性化。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中的任一項所述的電光測距裝置，該電光測距裝置的特征在于包括控制器(ST)，該控制器(ST)按照如下方式來控制所述信號發(fā)生器(SG)使其補償所述線性調(diào)頻脈沖與線性頻率曲線的偏差，尤其是實時地補償。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測距及檢測非理想線性調(diào)頻脈沖曲線的電光方法。在該電光測距方法中，將調(diào)頻光輻射發(fā)射到至少一個待測目標(biāo)上。一旦接收到由該目標(biāo)散射回的輻射，就通過具有參數(shù)c
文檔編號G01S7/48GK101036068SQ200580034408
公開日2007年9月12日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月9日
發(fā)明者貝亞特·埃比舍爾, 馬塞爾·羅納 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司