[发明专利]通过采样时刻的变化进行ADC误差补偿的激光测距模块

说明书

通过采样时刻的变化进行ADC误差补偿的激光测距模块。本发明涉及用于利用模数转换器进行快速信号检测的测距方法和电子激光测距模块，其特别是用于尤其被配置为激光跟踪仪、视距仪、激光扫描仪、或断面仪的测距装置中，其中，在信号数字化的背景下出现的转换误差(特别是ADC的定时、增益以及偏移误差)借助于采样时刻的变化加以补偿。

技术领域

本发明涉及用于利用模数转换器(ADC)进行快速信号检测的测距方法和电子激光测距模块，其特别用于测距装置(例如用于激光跟踪仪、视距仪、激光扫描仪、或断面仪)中，其中，在信号数字化的背景下出现的转换误差(特别是所述ADC的定时、增益以及偏移误差)借助于采样时刻的变化加以补偿。

背景技术

在电子和光电测距领域已知各种原理和方法。一种方法包括向待测量目标发射脉冲电磁辐射(例如，诸如激光)，并且接收来自作为反向散射物体的目标的回波，其中，例如可以基于该脉冲的飞行时间、形状、和/或相位，来确定离待测量目标的距离。这种激光测距装置在作为许多领域中的标准解决方案期间得到认可。

通常使用两种不同的方法或其组合来检测反向散射脉冲。

所谓的阈值方法涉及如果入射在所使用的测距装置的检测器上的辐射的强度超过某个阈值，则检测光脉冲。所述阈值防止来自背景的噪声和干扰信号被错误地检测为有用信号，即，作为发射脉冲的反向散射光。

另一种方法是基于反向散射脉冲的采样。这种方法通常用在弱反向散射信号(例，如脉冲信号)的情况下，例如，诸如由相对大测量距离引起，或者通常用于提高测量准确度。依靠对由检测器检测到的辐射进行采样的事实来检测发射信号，在采样区内识别信号，并且最后，在时间上确定该信号的位置。通过与发射率同步地使用多个样本和/或接收信号的总和，甚至在不利情况下也可以识别有用信号，使得可以应付甚至相对大距离或背景场景，这些场景嘈杂或者受干扰所困扰。

现今，通常借助于波形数字化(WFD)方法对检测器检测到的辐射的模拟信号的整个波形进行采样。在识别所接收信号的关联发送信号(ASK、FSK、PSK等)的编码之后，信号飞行时间(“脉冲飞行时间”)根据经采样、数字化并重建的信号的限定分布点(例如，拐点、曲线最大值)被非常准确地确定，或者借助于从时间插值已知的最佳滤波被整体地确定。

作为确定脉冲飞行时间的另选方案或者除其以外，通常还关于在幅值、相位、极化、波长和/或频率方面编码或调制的脉冲或脉冲序列实现(快速)采样。

在对反向散射信号进行时间上非常精确的采样的方法中，由检测器生成的电信号借助于模数转换器(ADC)被转换成数字信号序列。然后，对所述数字信号进一步实时处理。在第一步骤中，通常调制为脉冲的信号由特定数字滤波器识别，并且最后，确定其在该信号序列内的位置。通过利用多个采样脉冲序列，甚至在不利情况下也可以识别有用信号，使得可以应付甚至相对大距离或背景场景，这些场景嘈杂或者受干扰所困扰。

最简单的调制类型之一是根据距离编码来识别各个脉冲或脉冲序列，举例来说，如在EP 1 832 897 B1中所述的。这例如被用于重新识别的目的。如果出现模糊，则这种重新识别是必要的，模糊可能因脉冲飞行时间测量期间的各种情况引起，例如，如果一个以上的脉冲或脉冲组位于测量装置与目标物体之间。

在快速模数转换器(ADC)中，结合信号幅值的高分辨率(例如，1GS/s，14比特)的高采样率例如通过生成多个ADC转换级来实现，例如通过：

·使多个慢ADC转换级在时间上交织(“交织”)，

·按级量化采样信号幅值(“流水线”、“流水线化”)，或

·多个ADC转换级的信号样本的组合多级量化。

在这些架构的情况下，尽管经过仔细的内部校正，但仍会出现典型架构误差。所述误差随时间和温度而变化。