[发明专利]编码器、绝对定位编码器方法和绝对定位编码器系统

说明书

一种用于从THz频带测量将图案解码的基于太赫兹(THz)的绝对定位系统的编码器。该编码器包括具有多层反射/透射结构的标尺，该多层反射/透射结构包括具有行的矩阵。矩阵的各行对应于多个图案，使得各个图案用于形成测量。发射器向标尺发射THz波形。接收器用于测量从标尺反射的THz波形的幅度。存储器基于标尺的层的图案存储包括发射器的预定位置的数据。其中，一个或更多个处理器可基于所存储的数据从接收器所接收的幅度的测量确定发射器的位置。输出接口可用于渲染发射器的位置。

技术领域

本公开总体上涉及基于太赫兹的(绝对)定位系统，更具体地，涉及从THz频带(透射或反射)测量对伪随机图案进行解码。

背景技术

传统太赫兹(THz)感测已应用于气体感测、湿度分析、包装检查、生物医药诊断和安全筛选。

在光栅扫描模式下，由具有时间紧凑光源脉冲和小光点尺寸(或孔径)的THz点光源对待检样本进行照明。THz发射器以法向入射角发送聚焦光束以检查样本的小区域(或像素)，然后检测器经由电光采样过程对对应反射波形进行采样，并且可编程机械光栅在与入射波形垂直的平面中移动样本以便测量样本的二维表面。具有光栅扫描模式的THz用在具有快速扫描速率(高达1000Hz)的商业应用中。然而，由于不规则样本表面或者来自机械光栅扫描过程的振动，一些关键挑战是如何解决从一个像素到另一像素的深度变化和光栅扫描引起的延迟/相位变化。因此，深度变化(例如，毫米级)从一个像素到另一像素改变到检测器的反射路径长度。对于波长小于1mm的THz波，这种深度变化导致相位失真并在反射波形中导致扫描失真，这限制了仅用于一些特定应用。

因此，需要开发一种可使用THz波来读取伪随机反射图案的THz感测系统，其可在极端恶劣的环境(包括具有穿透具有灰尘、火和振动的环境的能力的操作场景等)内操作。

发明内容

本公开涉及为基于太赫兹的绝对定位系统提供系统和方法，更具体地，从THz频带测量对伪随机图案进行解码。

本公开的一些实施方式能够在恶劣环境(包括具有穿透灰尘、火、宽带宽和振动的能力的操作场景等)内操作的同时使用THz波来读取伪随机透射/反射图案。

本公开的一些实施方式涉及使用THz收发器来对由可被THz波穿透的多个材料层覆盖的标尺进行照明，其中各层由用于绝对定位的伪随机图案标记。

在实验期间，测试了多种方法，一个特定方法包括针对给定位置横跨多个轨道使用光栅扫描方法。然而，我们了解到，如果某些变量低于其各自的特定预定阈值，则光栅扫描方法可成功。例如，一些特定变量可包括运动(即，需要低于运动阈值)、振动(即，需要低于振动阈值)、THz传感器在特定区域上的扫描时间(即，扫描时间需要低于阈值)。否则，如果任一个变量不低于其各自的特定预定阈值，则光栅扫描方法的质量和操作等将更有可能相应地降低。光栅扫描方法可受这些特定变量影响的一些原因可包括缺少或忽视对机械可移动部件的维护等，这可导致光栅扫描的振动。例如，暴露于振动量的光栅扫描方法可导致诸如极高速绝对定位系统(例如，高速电梯)的定位系统的操作故障。

在实验期间测试的第二方法包括在一维或二维域中使用多个THz收发器或THz收发器阵列，其中，各个THz收发器与特定轨道对准。该第二方法的一方面包括诸如硬件组件的成本和紧凑性的问题，这根据用户的资源，可限制或阻止为一些商业应用部署多THz接收器方法。

根据本公开的一些实施方式，一种从实验学习的方法包括使用压缩扫描方案来对多轨道伪随机透射/反射图案进行解码。在许多已发现的优点当中，该方法的至少一个已发现的优点在于，该压缩扫描方案完全消除了上面提及的关于例如机械光栅扫描步骤的问题。具体地，压缩扫描方案没有机械可移动部件的繁重维护负担，能够在振动的作用下操作，并且作为非限制性示例，可在包括高速电梯的极高速绝对定位系统处操作。