本發(fā)明涉及一種用于求得相對(duì)于至少一個(gè)目標(biāo)物體的距離的激光測(cè)距儀。此外，本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行激光測(cè)距儀的方法以及一種適合于此的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和一種計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)。

背景技術(shù)：

激光測(cè)距儀例如用于能夠簡(jiǎn)單、快速并且精確地確定激光測(cè)距儀與目標(biāo)物體之間的間距。為此，激光測(cè)距儀朝目標(biāo)物體發(fā)出光。光例如在其強(qiáng)度方面在時(shí)間上經(jīng)過(guò)調(diào)制。這種光的一部分被所述目標(biāo)物體返回地反射給所述激光測(cè)距儀，并且可以在那里被光探測(cè)器探測(cè)到。光需要傳播時(shí)間以便到達(dá)所述目標(biāo)物體并且又返回到達(dá)所述激光測(cè)距儀，所述傳播時(shí)間引起在所發(fā)出的光與所探測(cè)的光之間的相位差。因此，通過(guò)對(duì)于這種相位差的合適的測(cè)量，可以求得所述傳播時(shí)間并且根據(jù)已知的光速由此可以反推出目標(biāo)物體相對(duì)于激光測(cè)距儀的距離。

傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀通常基于所謂的混合、尤其是外差混合的方案?！盎旌稀边@個(gè)術(shù)語(yǔ)可以是指在時(shí)間上振蕩的測(cè)量信號(hào)與同樣在時(shí)間上振蕩的基準(zhǔn)信號(hào)相乘，以便產(chǎn)生輸出信號(hào)。在進(jìn)行“零差混合”時(shí)，將測(cè)量信號(hào)與相同頻率的基準(zhǔn)信號(hào)相混合。在進(jìn)行“外差混合”時(shí)，將測(cè)量信號(hào)與不同頻率的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行混合，其中所述頻率差相對(duì)于測(cè)量信號(hào)的頻率典型地較小。

所述混合的方案的使用可以用于產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)以比所述測(cè)量信號(hào)小得多的頻率進(jìn)行振蕩，其中關(guān)系到較高的調(diào)制頻率的相位差得到保持。因此，可以在沒(méi)有精度損失的情況下大為簡(jiǎn)單地探測(cè)低頻的輸出信號(hào)并且以電子的方式對(duì)其進(jìn)行分析。但是，由于在將測(cè)量信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)混合時(shí)進(jìn)行低通濾波而可能需要在對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行評(píng)估之前等候一定的時(shí)間，直至所混合的輸出信號(hào)已經(jīng)瞬態(tài)振蕩并且已經(jīng)穩(wěn)定。

由于相位分析的2π-周期性，一般來(lái)說(shuō)需要使用多個(gè)調(diào)制頻率，以解決由此引起的唯一性問(wèn)題。唯一性問(wèn)題在距離大于調(diào)制波長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)。借助相對(duì)于多個(gè)不同的調(diào)制頻率的相位差，可以通過(guò)數(shù)學(xué)的處理算法（Abwicklungsalgorithmus）和對(duì)于頻率數(shù)目及頻率的合適的選擇來(lái)明確地推斷出離得更遠(yuǎn)的目標(biāo)的距離。

此外，唯一性問(wèn)題也可能由于以下情況而出現(xiàn)：在不同距離的目標(biāo)處的顯著的反射存在于測(cè)量信號(hào)中，也就是說(shuō)出現(xiàn)多次反射。對(duì)于已知距離的各個(gè)少量的額外的反射情況來(lái)說(shuō)——該反射例如也可以用于參考目的，在所使用的調(diào)制頻率的選擇及最低數(shù)目方面產(chǎn)生數(shù)學(xué)上的限制。

由于低通濾波的有限的瞬態(tài)振蕩時(shí)間，對(duì)于所使用的調(diào)制頻率的數(shù)目來(lái)說(shuō)產(chǎn)生最佳值。這個(gè)最佳值通常是在所述處理算法相對(duì)于多次反射的穩(wěn)健性與測(cè)量時(shí)間之間的折衷方案。傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀例如在DE 10 2011 076 491、DE 10 2011 076 493和DE 10 112 833中得到了說(shuō)明。

在比較新穎的激光測(cè)距儀中，可以使用很快的光探測(cè)器和電子裝置，以便能夠直接同步地對(duì)基于經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行掃描?！爸苯油綊呙琛保ā癲irect synchronous detection”）這個(gè)術(shù)語(yǔ)在此可以是指對(duì)于經(jīng)過(guò)調(diào)制的接收信號(hào)的時(shí)間上的掃描，其中所述掃描以與對(duì)所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行的調(diào)制相同的頻率來(lái)進(jìn)行。所述掃描與所述調(diào)制同步。在進(jìn)行直接的同步掃描時(shí)，不與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行混合。接收信號(hào)在此相對(duì)于發(fā)送信號(hào)典型地具有衰減和傳播時(shí)間延遲。

基于直接的同步掃描的激光測(cè)距儀例如在US 2007/0182949 A1和DE 10 2009 029 372中得到了說(shuō)明。

但是，開(kāi)頭所描述的傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀經(jīng)常在同時(shí)確定相對(duì)于多個(gè)目標(biāo)物體的距離的情況下具有問(wèn)題。所述問(wèn)題尤其在涉及具有可變距離的多重目標(biāo)時(shí)會(huì)加重。換句話說(shuō)，它們一般來(lái)說(shuō)缺少多目標(biāo)能力。例如典型地在下述情況下出現(xiàn)故障：要用一臺(tái)激光測(cè)距儀來(lái)確定相對(duì)于一個(gè)目標(biāo)物體的間距并且在激光測(cè)距儀與目標(biāo)物體之間例如有玻璃板，該玻璃板就像目標(biāo)物體一樣將所發(fā)出的激光部分返回地反射給激光測(cè)距儀。由于這種額外的反向反射而經(jīng)常出現(xiàn)對(duì)被反向反射的、所探測(cè)的激光束的錯(cuò)誤解釋并且由此出現(xiàn)錯(cuò)誤的距離說(shuō)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施方式尤其能夠?qū)崿F(xiàn)一種激光測(cè)距儀或者一種用于運(yùn)行激光測(cè)距儀的方法，對(duì)于所述激光測(cè)距儀或者所述方法來(lái)說(shuō)可以簡(jiǎn)單地、成本低廉地并且/或者以較短的測(cè)量持續(xù)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)普遍的多目標(biāo)能力，或者對(duì)于所述激光測(cè)距儀和所述方法來(lái)說(shuō)也可以在由于額外的目標(biāo)物體而引起干擾影響時(shí)可靠地并且精確地進(jìn)行距離測(cè)量。

按照本發(fā)明的第一方面，建議一種激光測(cè)距儀，該激光測(cè)距儀具有激光光源、光探測(cè)儀和控制及分析電子裝置。所述激光光源適合用于朝目標(biāo)物體發(fā)出時(shí)間調(diào)制的激光。所述光探測(cè)器適合用于探測(cè)由目標(biāo)物體來(lái)反射的激光，并且尤其被設(shè)計(jì)用于：直接同步地對(duì)以處于10 MHz到5 GHz、優(yōu)選100 MHz 到1.5GHz范圍內(nèi)的頻率經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光進(jìn)行掃描。所述控制及分析電子裝置適合用于控制所述激光光源并且用于對(duì)所述光探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行分析。所述激光測(cè)距儀的突出之處在于，所述控制及分析電子裝置被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行以下方法步驟：

操控所述激光光源，以便先后地以大量M的至少20個(gè)、優(yōu)選至少100個(gè)離散地不同的調(diào)制頻率f_m（m=1…M）來(lái)發(fā)出時(shí)間調(diào)制的激光，并且通過(guò)在測(cè)量持續(xù)時(shí)間Δt的范圍內(nèi)進(jìn)行直接的同步掃描這種方式來(lái)探測(cè)由目標(biāo)物體所反射的激光，并且以每個(gè)調(diào)制頻率f_m產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)I_m；

對(duì)所述探測(cè)信號(hào)I_m實(shí)施逆傅里葉變換，以便產(chǎn)生傳播時(shí)間頻譜L_m；并且

對(duì)所述傳播時(shí)間頻譜L_m進(jìn)行評(píng)估，以便求得所述激光測(cè)距儀與所述目標(biāo)物體中的至少一個(gè)目標(biāo)物體之間的至少一個(gè)距離。所說(shuō)明的方法步驟可以、但是并不需要一定以所說(shuō)明的順序來(lái)實(shí)施。

本發(fā)明的實(shí)施方式尤其可以被視為建立在以下所描述的認(rèn)識(shí)和構(gòu)思的基礎(chǔ)上。

如開(kāi)頭所描述的那樣，許多傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀都建立在測(cè)量信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的混合的方案的基礎(chǔ)上，以便尤其不必向所述光探測(cè)器及電子裝置的速度提出很高的要求。但是，對(duì)于這樣的激光測(cè)距儀來(lái)說(shuō)，通常不允許以大量離散的頻率發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光來(lái)作為測(cè)量信號(hào)，因?yàn)樵诿看胃乃稣{(diào)制頻率之后必須等候瞬態(tài)振蕩時(shí)間并且因此總測(cè)量持續(xù)時(shí)間可能不可接受地變得很長(zhǎng)。但是，為了能夠同時(shí)測(cè)量相對(duì)于多個(gè)目標(biāo)物體的距離，顯得有必要的是，以多個(gè)調(diào)制頻率來(lái)測(cè)量由傳播時(shí)間引起的相位差，從而對(duì)于這樣的傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀來(lái)說(shuō)多目標(biāo)能力似乎不可能或者似乎與不可接受的很長(zhǎng)的測(cè)量持續(xù)時(shí)間相關(guān)聯(lián)。

在EP 1 757 956 A1中介紹了一種多目標(biāo)能力的距離測(cè)量法，對(duì)于該距離測(cè)量法來(lái)說(shuō)對(duì)于距離的計(jì)算建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)的參數(shù)估計(jì)問(wèn)題的解決方案之上。這種方法在能夠區(qū)分的目標(biāo)的最大數(shù)目方面有限制，并且受到將所使用的調(diào)制頻率的數(shù)目降低到最低限度的愿望的促動(dòng)，并且由此在數(shù)學(xué)上要求很高。

在這方面所介紹的激光測(cè)距儀的實(shí)施方式或者用于運(yùn)行這樣的激光測(cè)距儀的方法的實(shí)施方式能夠以較短的測(cè)量持續(xù)時(shí)間并且在沒(méi)有使用復(fù)雜的并且由此要麻煩地實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)算法的情況下實(shí)現(xiàn)不受限制的多目標(biāo)能力。

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，借助于現(xiàn)代的快速的、能夠?qū)τ赡繕?biāo)物體反向反射的光進(jìn)行直接的同步掃描的光探測(cè)器和電子裝置，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)能力，方法是：以很多的調(diào)制頻率來(lái)測(cè)量傳播時(shí)間延遲并且借助于傅里葉變換來(lái)靈巧地對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。在此，已被認(rèn)為有利的是，在進(jìn)行直接的同步掃描時(shí)典型地沒(méi)有出現(xiàn)在將信號(hào)混合時(shí)常見(jiàn)的較長(zhǎng)的瞬態(tài)振蕩持續(xù)時(shí)間，并且由此盡管多次改變所述調(diào)制頻率也可以將總測(cè)量持續(xù)時(shí)間保持較短的程度，因?yàn)椴恍枰獙?duì)混合信號(hào)進(jìn)行低通濾波。

對(duì)于所建議的激光測(cè)距儀或者在其中所實(shí)施的運(yùn)行方法來(lái)說(shuō)，可以以大量的調(diào)制頻率來(lái)測(cè)量傳播時(shí)間，激光需要所述傳播時(shí)間以便從所述激光測(cè)距儀到達(dá)一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)物體處并且重又返回。例如可以以超過(guò)20個(gè)（也就是說(shuō)m=1、…、M，其中M＞20）、優(yōu)選超過(guò)100個(gè)（M＞100）不同的離散的調(diào)制頻率或者進(jìn)一步優(yōu)選以幾百個(gè)（例如M＞500）不同的離散的調(diào)制頻率來(lái)測(cè)量探測(cè)信號(hào)I_m。所述調(diào)制頻率的順序和/或所述調(diào)制頻率之間的頻率間隔在此可以是任意的，其中，如下面進(jìn)一步所描述的那樣，相鄰的調(diào)制頻率之間的等距的間隔可能是有利的。最小的頻率間隔一般來(lái)說(shuō)限制了可以明確地得到確定的最大距離。整個(gè)可調(diào)的頻率范圍限制了最小的間距，用所述最小的間距可以對(duì)不同的地點(diǎn)處的目標(biāo)進(jìn)行分辨。

在此例如可以在預(yù)處理步驟中從接收信號(hào)P_n,m中計(jì)算所述探測(cè)信號(hào)I_m。在此可以在N個(gè)位置處對(duì)所述接收信號(hào)P_n,m進(jìn)行掃描，其中針對(duì)以M個(gè)調(diào)制頻率來(lái)檢測(cè)的接收信號(hào)中的每個(gè)接收信號(hào)來(lái)實(shí)施這種時(shí)間上的掃描。

在一種最簡(jiǎn)單的實(shí)施方案中，用于繼續(xù)處理的探測(cè)信號(hào)I_m例如可以簡(jiǎn)單地直接地由所述接收信號(hào)的N個(gè)掃描值的第一個(gè)掃描值所構(gòu)成，也就是說(shuō)I_m=P_1,m。此外，可以額外地將所述N個(gè)掃描值中的每個(gè)掃描值用于改進(jìn)信噪比。這種簡(jiǎn)單的實(shí)施方案的可能的缺點(diǎn)可能是：所述接收信號(hào)中的高次諧波由于經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)的、可能非正弦狀的脈沖形狀而保持在所述探測(cè)信號(hào)中并且可能起干擾的作用。

所述探測(cè)信號(hào)I_m隨后可以在逆傅里葉變換中又變回為時(shí)間間隔，并且由此可以在延遲線的范圍內(nèi)得到所述發(fā)送信號(hào)的傳播時(shí)間頻譜L_m。最后可以以較高的精度在幅度和/或相位方面對(duì)這種傳播時(shí)間頻譜進(jìn)行分析。借助于光速，通過(guò)對(duì)幅度或相位的分析快速地并且以較高的精確性可以從中求得相對(duì)于一個(gè)或者也相對(duì)于多個(gè)目標(biāo)物體的距離。

按照一種實(shí)施方式，在評(píng)估所述傳播時(shí)間頻譜L_m時(shí)求得所述激光測(cè)距儀分別與所述多個(gè)目標(biāo)物體之一之間的多個(gè)距離。換句話說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)并且利用多目標(biāo)能力。在此利用這一點(diǎn)：根據(jù)本方法所產(chǎn)生的傳播時(shí)間頻譜包括關(guān)于所有對(duì)所發(fā)出的激光的部分進(jìn)行反射的目標(biāo)物體的距離的詳細(xì)信息并且可以簡(jiǎn)單并且精確地進(jìn)行分析。

按照一種實(shí)施方式，所述調(diào)制頻率f_m等距地隔開(kāi)。換句話說(shuō)，兩個(gè)相鄰的調(diào)制頻率之間的差對(duì)所有調(diào)制頻率來(lái)說(shuō)相同。這可以顯著地使傅里葉變換變得簡(jiǎn)單或者使對(duì)其結(jié)果的分析變得簡(jiǎn)單。

例如在進(jìn)行總測(cè)量時(shí)所述調(diào)制頻率可以在從400 MHz到1000 MHz的總范圍之內(nèi)以1 MHz的等距的頻率間隔變化601次。

按照一種實(shí)施方式，為了關(guān)于所述接收信號(hào)P_n,m來(lái)計(jì)算探測(cè)信號(hào)I_m而實(shí)施數(shù)字濾波。為此，可以作為在時(shí)間上經(jīng)過(guò)掃描的接收信號(hào)的傅里葉變換來(lái)計(jì)算所述探測(cè)信號(hào)I_m，并且實(shí)部和/或虛部可以僅僅或者至少基本上僅僅使用所述調(diào)制頻率的基波。換句話說(shuō)，關(guān)于高次諧波的份額對(duì)所述探測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波，方法是：在進(jìn)行傅里葉變換時(shí)僅僅對(duì)基波的份額加以考慮。通過(guò)這種方式經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)基本上不含有高次諧波的頻譜份額（Spektralbeitr?ge），也就是說(shuō)不含像可能會(huì)由于經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光信號(hào)的非純正弦狀的脈沖形狀而在未經(jīng)濾波的探測(cè)信號(hào)中存在的那樣的頻譜份額2、…、N/2。通過(guò)將高次諧波的份額從探測(cè)信號(hào)中濾出這種方式，例如可以避免測(cè)量結(jié)果中的測(cè)量誤差和/或多義性。按照一種實(shí)施方式，通過(guò)關(guān)于幅度值對(duì)傳播時(shí)間頻譜進(jìn)行的評(píng)估來(lái)實(shí)施粗略的距離確定。為此，可以在所述傳播時(shí)間頻譜中例如確定最大值或者峰值的位置并且從中相應(yīng)地推導(dǎo)出相應(yīng)的距離。也可以通過(guò)對(duì)傳播時(shí)間頻譜中的幅度的分析來(lái)將離得不一樣遠(yuǎn)的目標(biāo)物體的反射分開(kāi)。

按照一種實(shí)施方式，通過(guò)關(guān)于相位值對(duì)所述傳播時(shí)間頻譜進(jìn)行的評(píng)估來(lái)實(shí)施精細(xì)的距離確定。為此，例如可以確定所述相位值的過(guò)零點(diǎn)。尤其可以在所述傳播時(shí)間頻譜的下述位置處確定所述相位值的過(guò)零點(diǎn)，在所述位置處形式為峰值的幅度值顯著地超過(guò)噪聲幅度。所述相位值的相鄰控制點(diǎn)（Stützstellen）例如可以在知道傳播時(shí)間的范圍內(nèi)的相位梯度的情況下被處理（abgewickelt）。所提到的措施可以單個(gè)地使用或者在組合中使用，以便能夠根據(jù)所述傳播時(shí)間頻譜來(lái)非常精確地求得一個(gè)或者尤其是多個(gè)目標(biāo)物體的距離。

按照一種實(shí)施方式，所述激光測(cè)距儀的光探測(cè)器具有至少一個(gè)SPAD（Single Photon Avalanche Diode（單光子雪崩二極管））或者SPAD陣列。SPAD可以以很高的時(shí)間分辨率來(lái)探測(cè)所接收的激光中的、經(jīng)過(guò)調(diào)制的強(qiáng)度變化，并且因此很好地適合用于實(shí)施在這方面所描述的方法。作為替代方案，也可以使用其他快速的光探測(cè)器、例如基于CMOS/CCD的探測(cè)器（photo gate（光柵））。

在這方面所描述的激光測(cè)距儀也可以通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：適當(dāng)?shù)厝绱藢?duì)設(shè)有足夠快的組件的激光測(cè)距儀在其控制及分析電子裝置方面進(jìn)行調(diào)整，使得其實(shí)施前面所描述的方法步驟，以便通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)得到改進(jìn)的距離確定和/或多目標(biāo)能力。

為此，例如設(shè)有可編程的分析及控制電子裝置的激光測(cè)距儀能夠借助于適當(dāng)?shù)亟?jīng)過(guò)調(diào)整的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被編程用于實(shí)施所提到的方法步驟。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品為此可以被保存在機(jī)器可讀的介質(zhì)、例如CD、DVD或者閃存盤(pán)上或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供。作為替代方案，也可以實(shí)現(xiàn)一種適當(dāng)?shù)貥?gòu)成的DSP（digital signal processor（數(shù)字信號(hào)處理器））。

總之，可以對(duì)本發(fā)明的方面和實(shí)施方式及其可能的特征和優(yōu)點(diǎn)描述如下：

在迄今為止的、建立在用不同的調(diào)制頻率進(jìn)行的混合和相位測(cè)量的基礎(chǔ)上的間距測(cè)量法中，典型地僅僅用一組有意義地選出的、較少的單個(gè)的調(diào)制頻率來(lái)測(cè)量，以避免由于典型地較長(zhǎng)的瞬態(tài)振蕩時(shí)間引起的更大的時(shí)間損失。在這種情況下缺點(diǎn)是，不能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)能力或者只能用巨大的數(shù)學(xué)上的花費(fèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)能力。

因此，建議一種經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研發(fā)的激光測(cè)距儀和一種用于運(yùn)行該激光測(cè)距儀的方法。在此，以固定的調(diào)制頻率在預(yù)先給定的測(cè)量持續(xù)時(shí)間的范圍內(nèi)直接同步地對(duì)被反向反射的激光進(jìn)行掃描。可選地，將數(shù)字濾波器用作用于將高次諧波消除的預(yù)處理步驟。在離散的步驟中、優(yōu)選在等距的步驟中改變調(diào)制頻率。對(duì)以離散的調(diào)制頻率經(jīng)過(guò)掃描的并且必要時(shí)通過(guò)所述預(yù)處理步驟經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波的信號(hào)實(shí)施頻譜分析，以用于確定傳播時(shí)間頻譜并且由此用于必要時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)量。然后可選地通過(guò)確定相位過(guò)零點(diǎn)的方式來(lái)對(duì)所述傳播時(shí)間頻譜進(jìn)行相位分析，以用于提高精度。作為光探測(cè)器，可選地可以使用一個(gè)或者多個(gè)SPAD。

這里所描述的方法和相應(yīng)地構(gòu)成的激光測(cè)距儀可以將簡(jiǎn)單的、進(jìn)行直接同步掃描的方法朝多目標(biāo)能力擴(kuò)展。這一點(diǎn)能夠通過(guò)使用大量具有優(yōu)選等距的間距的調(diào)制頻率并且可選地使用數(shù)字濾波器作為預(yù)處理步驟這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器的使用允許為通過(guò)頻譜分析進(jìn)行進(jìn)一步信號(hào)處理來(lái)抑制高一級(jí)的諧波，否則所述高一級(jí)的諧波會(huì)起干擾作用。

通過(guò)能夠?qū)崿F(xiàn)多目標(biāo)能力，對(duì)所述激光測(cè)距儀來(lái)說(shuō)能夠有利地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：例如可以穿過(guò)部分反射的玻璃板來(lái)實(shí)施相對(duì)于目標(biāo)物體的間距測(cè)量。此外，在故障識(shí)別的范圍內(nèi)可以探測(cè)，存在著不受歡迎的干擾反射。所需要的測(cè)量持續(xù)時(shí)間可以被保持在較低的程度上。共線的光學(xué)構(gòu)造以及由此其他的優(yōu)點(diǎn)可以得以實(shí)現(xiàn)。

這里所描述的、具有普遍的多目標(biāo)能力的激光測(cè)距法的另一優(yōu)點(diǎn)在于，可以穿過(guò)具有不同折射率的、在光學(xué)上透明的介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量?？梢蕴綔y(cè)邊界層上的反射以及在所述邊界層之間的光路長(zhǎng)度。這例如對(duì)于測(cè)量任務(wù)、例如液體儲(chǔ)槽中的液位或者類(lèi)似參量的確定來(lái)說(shuō)能夠是有利的。

在此，例如可以如此使用激光測(cè)距儀，使得由其發(fā)出的激光束在測(cè)量時(shí)穿過(guò)一種介質(zhì)，該介質(zhì)的折射率有別于空氣的折射率。根據(jù)在此在邊界面上不可避免地出現(xiàn)的部分反射可以識(shí)別，所述激光束例如自在整個(gè)被透射的行程之內(nèi)的特定位置起經(jīng)過(guò)一光密介質(zhì)。由此在知道那里的折射率的情況下例如可以反推出儲(chǔ)存容器中的液位。

要指出，本發(fā)明的實(shí)施方式的可能的特征和優(yōu)點(diǎn)在這方面部分地參照激光測(cè)距儀并且部分地參照用于運(yùn)行所述激光測(cè)距儀的方法來(lái)了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以以合適的方式來(lái)套用、替換并且/或者更改所述特征，以便實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另外的實(shí)施方式并且必要時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中不僅說(shuō)明書(shū)而且附圖都不應(yīng)該設(shè)計(jì)為對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的激光測(cè)距儀；

圖2示出了有待在按照本發(fā)明的激光測(cè)距儀中實(shí)施的方法步驟的流程圖；

圖3示出了對(duì)于用按照本發(fā)明的激光測(cè)距儀來(lái)記錄的傳播時(shí)間頻譜的幅度分析；

圖4示出了對(duì)于用按照本發(fā)明的激光測(cè)距儀來(lái)記錄的傳播時(shí)間頻譜的相位分析。

附圖僅僅是示意圖并且不按比例繪制。相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中表示相同的或者類(lèi)似的特征。

具體實(shí)施方式

圖1示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的激光測(cè)距儀1。在被接納在共同的殼體3中的情況下，所述激光測(cè)距儀1包括激光光源5、例如激光二極管，光探測(cè)器7、例如SPAD或者SPAD陣列，以及控制及分析電子裝置9。此外，所述激光測(cè)距儀1可以具有一個(gè)或者多個(gè)透鏡11，以便使由所述激光光源5發(fā)射的激光束13聚焦、對(duì)準(zhǔn)一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)物體15、17并且/或者將被反向反射的光引導(dǎo)到所述光探測(cè)器7的探測(cè)面上。所述激光測(cè)距儀1尤其可以被設(shè)計(jì)得足夠小并且緊湊，以便能夠用作手持式的設(shè)備。

下面示范性地介紹一種如何能夠通過(guò)合適地經(jīng)過(guò)調(diào)整的控制及分析電子裝置9來(lái)運(yùn)行所述激光測(cè)距儀1的方法。在此參照在圖2中作為流程圖來(lái)示出的方法流程和方法步驟S1到S5。

為了能夠測(cè)量所述激光測(cè)距儀1與所述目標(biāo)物體15、17之間的距離，所述激光測(cè)距儀1將形式為由所述激光光源5發(fā)射的激光束13的發(fā)送信號(hào)發(fā)送給所述目標(biāo)物體15、17，并且借助于所述光探測(cè)器7來(lái)探測(cè)反向反射的光來(lái)作為接收信號(hào)。

為了能夠確定在此由所述激光束13所需要的傳播時(shí)間，典型地用處于100到1500 MHz范圍內(nèi)的調(diào)制頻率f_m在時(shí)間上例如在所述激光束13的功率方面對(duì)其進(jìn)行調(diào)制（步驟S1）。因?yàn)樗鼋邮招盘?hào)包含在延遲線的范圍內(nèi)與光線傳播特性相對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間延遲和功率衰減，所以可以測(cè)量在所發(fā)出的光與所探測(cè)到的被反向反射的光之間的、由于傳播時(shí)間引起的相位滯后并且從中求得相對(duì)于所述目標(biāo)物體的距離。

以給定的調(diào)制頻率f_m在測(cè)量持續(xù)時(shí)間Δt的范圍內(nèi)直接同步地對(duì)所述接收信號(hào)P進(jìn)行掃描（步驟S2）。這意味著，所述掃描直接地、也就是說(shuō)在沒(méi)有通過(guò)混合進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的情況下并且與對(duì)于所述發(fā)送信號(hào)的調(diào)制同步地、也就是在相同的時(shí)基上進(jìn)行。

所述光探測(cè)器7和所述控制及分析電子裝置9能夠根據(jù)其技術(shù)的或者物理的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的掃描時(shí)間間隔。利用通過(guò)這種掃描時(shí)間間隔給定的時(shí)間分辨率δt來(lái)產(chǎn)生所述發(fā)送信號(hào)的每個(gè)調(diào)制周期的N=f_m*δt個(gè)掃描值。每個(gè)調(diào)制周期的N個(gè)掃描值周期性地通過(guò)N_周期=Δt/（N*δt）個(gè)調(diào)制周期來(lái)累積。N_周期在此不一定為整數(shù)。在測(cè)量時(shí)間Δt之后的結(jié)果P_n,m由此由所述接收信號(hào)的、在所述時(shí)間范圍內(nèi)以給定的調(diào)制頻率f_m產(chǎn)生的N個(gè)累積的掃描值所構(gòu)成。所述頻率指數(shù)m在此具有從1到M的離散的數(shù)值。所述時(shí)間指數(shù)n則具有從1到N的離散的數(shù)值。

在一種最簡(jiǎn)單的實(shí)施方案中，用于繼續(xù)處理的探測(cè)信號(hào)I_m例如簡(jiǎn)單地直接由所述接收信號(hào)的N個(gè)掃描值中的第一個(gè)掃描值所構(gòu)成，也就是說(shuō)I_m=P_1,m。此外，可以額外地將所述N個(gè)掃描值中的每個(gè)掃描值用于改進(jìn)信噪比。這種簡(jiǎn)單的實(shí)施方案的缺點(diǎn)可能是，所述接收信號(hào)中的高次諧波由于經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)中的非正弦狀的脈沖形狀而保持在所述探測(cè)信號(hào)中并且可能起干擾作用。

因此，有利地、但是可選地通過(guò)數(shù)字濾波器的使用來(lái)計(jì)算I_m（步驟S3）。所述數(shù)字濾波器可以以最簡(jiǎn)單的方式在N個(gè)掃描值的離散傅里葉變換的范圍內(nèi)在時(shí)間域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。作為結(jié)果，以給定的調(diào)制頻率f_m產(chǎn)生由N/2個(gè)相位矢量對(duì)N個(gè)時(shí)間上的掃描值所構(gòu)成的傅里葉頻譜。僅僅從基波的相位矢量的實(shí)部和/或虛部中計(jì)算所述探測(cè)信號(hào)I_m。通過(guò)這種方式經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波的探測(cè)信號(hào)在很大程度上不含頻譜份額2、…、N/2，所述頻譜份額可能會(huì)由于所述經(jīng)過(guò)調(diào)制的發(fā)送信號(hào)的非純正弦狀的脈沖形狀而存在于未經(jīng)濾波的信號(hào)中。

現(xiàn)在針對(duì)M個(gè)調(diào)制頻率一個(gè)接一個(gè)地先后實(shí)施至此所描述的過(guò)程，其中可以任意地選擇所述調(diào)制頻率的順序。結(jié)果是以M個(gè)離散的調(diào)制頻率（m=1…M）產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)I_m。

通過(guò)所述調(diào)制頻率I_m將所述探測(cè)信號(hào)變換回為時(shí)間間隔的逆傅里葉變換IDFT_m在所述延遲線的范圍內(nèi)產(chǎn)生發(fā)送信號(hào)的傳播時(shí)間頻譜L_m（步驟S4）。

在間距確定D的范圍內(nèi)（步驟S5）不僅可以在幅度方面而且可以在相位方面對(duì)這種復(fù)雜的傳播時(shí)間頻譜L_m進(jìn)行分析，以用于實(shí)現(xiàn)更高的精度。

可以通過(guò)對(duì)于所述傳播時(shí)間頻譜L_m的幅度值ρ_m的分析來(lái)進(jìn)行粗略的間距確定D并且也可以將離得不一樣遠(yuǎn)的目標(biāo)的反射分開(kāi)。如在圖3中所示出的那樣，為此例如可以確定所述幅度值的最大值19的位置。尤其也可以將更為復(fù)雜的、從信號(hào)處理中已知的方法用于對(duì)所述幅度進(jìn)行分析，例如中心確定或者還有在考慮到傳遞函數(shù)的情況下的包絡(luò)線擬合。

可以借助于相位分析來(lái)進(jìn)行更加精確的間距確定D。為此，可以如在圖4中示出的那樣在所述幅度顯著地超過(guò)噪聲幅度的位置處確定所述相位Φ的過(guò)零點(diǎn)21，從而可以識(shí)別峰值。所述相位的相鄰的控制點(diǎn)可以在知道傳播時(shí)間的范圍內(nèi)的相位梯度的情況下被處理。所述相位梯度在此通過(guò)所述調(diào)制頻譜的中心f_中心來(lái)產(chǎn)生并且由此已知（適用dΦ/dT=-2π*f_中心）。

通過(guò)對(duì)于所述傳播時(shí)間頻譜L_m的評(píng)估，可以明確地并且以較高的精度來(lái)求得所述激光測(cè)距儀1與多個(gè)目標(biāo)物體15、17之間的間距D。