[发明专利]利用延迟的啁啾信号的干涉测距方法和这样的装置

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的利用延迟的啁啾信号的干涉测距方法以及根据权利要求6的前序部分的干涉测距装置。

背景技术

在电子测距领域中已知各种原理和方法。一种方法在于，例如向待测量目标发射诸如光的电磁辐射接着接收来自反向散射(back-scattering)的物体(理想情况下只是来自待测量目标)的一个或更多个回波，待测量目标可以同时具有反射(例如，回射器)和漫射反向散射特性。

接收之后，将可选的叠加回波信号与混频信号相叠加，由此来减小待分析信号的频率，从而降低了对于装置的费用。该混频可以按照与发送信号的零差方法来进行或按照与已知周期的周期性(特别为谐波)信号的零差方法来进行。因而，这些方法的不同之处在于，混频是与发送信号自身进行的或者是与具有它自己频率的谐波信号来进行的。该混频用于将接收的信号变换为较低频率并放大所述信号。然后，根据所得到的信号来确定经过时间(transit time)由此来确定(在所使用的辐射的传播速度已知的情况下)到待测量目标的距离。在外差干涉仪结构中，使用可调激光源来进行绝对距离测量。在原理最简单的实施方式中，激光源的光学频率的调整是线性进行的。将接收信号与源自所发射的光信号的第二信号进行叠加。所得到的外差混频产物、干涉图的拍频(beat frequency)是到目标物体的距离的量度。用于实现这些方法的装置通常利用信号发生器作为啁啾发生器，其将某个信号标记(impress)在可调制辐射源上。在光学范围内，通常使用可通过对外腔(例如布喇格光栅)或内腔(例如分布式反馈(DFB)或分布式布喇格反射器(DBR))进行调制而发生啁啾的激光器作为辐射源。在光学范围内，使用以下变频电路(down-circuit)方式连接有用于外差混频的检测器或正交检测器、A/D转换器和数字信号处理器的发射和接收光学系统来进行发送和接收。

US 4830486中描述了一种光学相干FMCW测距方法的例子，该方法与短测量时间结合而具有在相位测量方法领域中的精度。啁啾发生器产生被分为测量信号和本地振荡器信号的线性频率调制信号，这两个信号在接收器中叠加。

发射的光信号的波长的改变表示了测量的等级。这一般是未知的，因此必须在额外的测量中加以确定。为此，在现有技术中，例如，发射的光的一部分经过具有预定参考长度的参考干涉仪。可以基于已知的参考长度根据所得的拍频乘积来推断出发射的光信号的波长随时间的改变。如果参考长度例如由于温度影响而未知或不稳定，则它可以经由额外的校准单元(例如充气光电池或法布里-珀罗元件)来确定。

EP 1696201公开了这样一种测距方法，该方法包括向至少一个待测量目标发射经过频率调制的电磁辐射随后接收从目标反向反射的辐射的外差混频，该辐射在干涉参考长度上并行地通过。

尽管固定的目标具有随时间可变的预定距离，但正在移动或振动的目标会造成一些问题。在调整期间，目标的持续移动导致针对频率斜坡的不同方向的相反多普勒频移。因而，移动例如导致通过在上升频率斜坡时的正多普勒频移，而负多普勒频移在该情况下在通过下降的斜坡时产生。通过使用连续的上升斜坡和下降斜坡，可以补偿该影响。

但是，随时间彼此衔接的斜坡(即，激光辐射的不同或相反的啁啾)的使用还会导致可使用测量速率降低2的因数，例如从1kHz到500Hz(即，降为一半)。而且，该方法基于以下事实：在通过两个斜坡所花费的时间内存在恒定的目标速度。目标在测量处理期间的加速或振动会造成测得距离的误差。

为了消除这个问题，US 7139446提出使用两个同时且相反的频率斜坡(即，发射具有两个辐射分量的辐射，这两个辐射分量具有相反的啁啾)，这还避免了测量速率的降低。为了能够相对于测量来分离这些辐射分量，利用不同的偏振来实现它们的发射。通过这种方法，可以检测加速度并且消除振动。相反的啁啾被标记在这两个不同偏振的辐射分量上，为此使用了两个分离的激光源。两个光源(无论在哪种情况下都必须按相反的方式或180°的相位偏移进行调制)的使用要求装置方面的费用，还要求同步以获得同步的动作。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有双啁啾的改进测距方法或这样的装置。

本发明的另一目的是提供一种具有简化设计、特别是不使用第二激光源的相应测距装置。

通过权利要求1或权利要求6的主题或从属权利要求的主题来实现这些目的，进一步研究这些技术方案。