[发明专利]位移速度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过固定于移动元件和固定元件之一的光学测量装置来测量移动元件相对于固定元件的位移速度(displacement speed)的方法，并且，该光学测量装置包括：用于沿着另一个元件的方向发出至少一个入射光束的部件；第一和第二传感器，其检测由该另一个元件散射(diffuse)的光；以及处理部件，其连接到所述传感器，该测量方法至少包括：

-发出入射光束，

-检测由所述第一和第二传感器散射的光，

-由处理部件通过将由第一和第二传感器提供的信号相关，而确定最大相关峰值的位置，

-根据第一和第二传感器之间的预定距离、以及所述最大相关峰值的位置，而确定所估计的速度。

背景技术

为了测量移动元件相对于固定元件的位移速度，例如地面上机动车的纵向位移速度，传统上，使用利用了光学相关测量的光学测量装置。如图1非常示意性地表示的，例如，固定在车体下的测量装置沿着位移轴A而移动。传统上，该测量装置包括：用于沿着地面的方向发出至少一个入射光束的部件(未示出)；位于朝向车辆前部的第一基准传感器R；以及位于朝向车辆后部的第二测量传感器M。这两个传感器R与M被设计用于检测由地面散射的光。该测量装置还包括连接到传感器R与M的处理部件，其被设计为：确定车辆位移速度，其中，已知基准传感器R与测量传感器M之间的距离D。

使用这样的光学测量装置的位移速度测量方法至少包括：

-向地面上发出入射光束；

-由第一传感器R和第二传感器M检测由地面散射的光；

-例如，通过将传感器R与M所提供的信号相关，由处理部件确定最大相关峰值的位置；

-根据分离基准传感器R与测量传感器M的预定距离D、以及所述最大相关峰值的位置，确定所估计的位移速度Ve。

为了在确定最大相关峰值的位置时保留良好的精度，优选地，控制由传感器R与M接收的信号的采集频率Fe，其也是相关函数采样频率。控制该频率使得最大相关峰值能够总是被设置在与相关函数的点相对应、并被定义为n＝τ×Fe的指标n附近，其中，τ是延迟时间，而Fe是采样频率。

然而，τ＝D/Ve，且Fe＝Ve/δ，其中Ve是所估计的速度，且δ是测量装置的空间分辨率。指标n则根据下述公式被表示为：n＝D/δ。因此，指标n是独立于速度Ve的常量。无论所估计的速度Ve是多少，最大相关峰值总是处于此点n。

然而，对于非常高的位移速度、或对于非常低的空间分辨率δ，可能会达到测量装置的技术极限。例如，测量传感器M是一个具有2.5MHz时钟且最大采集频率速率(acquisition frequency rate)为40kHz的64个基本组件或像素的光敏二极管阵列。如图2所示，其图解了以km/h为单位表示的速度V对以mm为单位表示的空间分辨率δ，其中信号采集频率为10kHz、20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、60kHz、70kHz、100kHz和150kHz，其中，对于所需要的1mm的空间分辨率，从150km/h开始，到达40kHz的最大频率。因此，根据所需要的空间分辨率，这样的测量方法并不能够高速进行测量。

此外，当采集频率恒定时，当速度增加时，最大相关峰值指标n减小。这导致在确定所估计的速度时的精度损失。例如，这导致测量中的大的变化，从而导致大的不精确，尤其是当记录速度梯度(speed gradient)时(图3)。

如图3所示，其图解了以km/h为单位表示的速度V对时间t，其中最大采集频率为9kHz，且空间分辨率为1.5mm，由于在每个测量瞬间，所估计的速度值变化很大，所以，车辆的速度梯度的记录并不精确。例如，与在速度110km/h处的采样相关联的精度大约为4km/h。

通常，上面所描述的测量的不精确源于相关函数的次采样(sub-sampling)，其导致在确定最大相关峰值的位置时的大的不精确。为了弥补这些缺点，已提出了几种测量技术，特别是与印刷电路定位应用相关的文档US2002/0199164、以及与光学鼠标相关的US 6823077。

第一个方法涉及使用插值技术。第一示例提出了：通过传统技术，即，多项式(polynomial)、质心(barycenter)、样条(spline)、立方(cubic)等等，对与呈现最大幅度的一个样值接近的两个、三个或四个样值进行最大相关峰值位置的插值。然而，最大相关峰值的形状可能与由插值方程所描述的数学对象的形状不同。例如，多项式插值使得图3的测量变化被略微地削弱，但并不能使它们消除。