[发明专利]可实现多目标的相位模糊度解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及可实现多目标的相位模糊度解算方法和测距仪。

背景技术

在非接触的距离测量技术领域，已知例如在如下教科书中描述的各种测量原理和测量方法：“J.M.Rüeger：Electronic Distance Measurement，4th Edition(电子距离测量，第四版)；Springer，Berlin，1996”和“R.Joeckel&M.Stober：Elektronische Entfemungs-und Richtungsmessung[ElectronicDistance and Direction Measurement]，4th Edition(电子距离和方向测量，第四版)；Verlag Konrad Wittwer，Suttgart，1999”。商业上可获得的电子光学测距仪主要根据相位测量或者脉冲传输时间测量的原理来操作；例如，在Joeckel&Stober所著教科书中第13章所述。

这些设备的操作模式包括：向要测量的目标发射调制的电磁辐射，例如强度调制光；接着从反向散射物体接收一个或者多个回波，理想情况下要测量的目标仅包括所述反向散射物体。所接收的回波的信号评估是实现了多种解决方案的、具体地利用了光学系统的标准技术任务。

相位测量系统必须解决相位模糊度的问题。通过相位计测量的相位或者相移是非单义的，这是因为相差整数倍波长的距离导致测量出恒等的相位。为了解算所述相位模糊度，通常使用在不同载波波长上的多次测量。然后通过测量的相移确定距离。

对于许多应用，特别是大地测量学和建筑业，近年来越来越多地出现装有根据相位测量原理无需反射镜即可进行测量的测距仪的视距仪(tacheometer)或者其他设备。

无反射镜的距离测量常常出现测距仪发出的测量光束同时射到并不总是测量目标物体的多个物体。例如，这会在边缘测量时发生；如果对其进行测量，则部分光束射到要测量的、带有边缘的目标物体上，而另一部分光束照射到位于后面的物体或者地板上。另一个例子是回射器(retroreflector)，其位于弱反射目标物体的附近并使散射光导向到测距仪的接收器中。类似的情况还发生在光束无意地并且也通常未察觉地射到实际测量物体和仪器之间的物体时，例如在穿过窗户玻璃、树枝或者铁丝栅栏(wire fence)进行距离测量时。

在这种多目标的情况中，输出单个距离的传统相位计通常会给出错误的测量，即给出具有远大于规定测量精度的误差的距离测量值。如果这些目标相互离得足够远，或者传输的脉冲具有足够短的时间跨距使得能够探测到并且分开其回波，传输计时器就能够更容易识别和处理多目标情况。

尽管传输计时器具有优点，但是大多数常用视距仪都装有相位计，因为只有这种方式才能以合理的开销实现为现场应用所能接受的毫米级甚至亚毫米级的所需距离测量精度。如果其相位计具有多目标的能力，则这些设备的可靠性将大大提高。

因此，WO 2004/074773或者EP 1450128披露了一种用于求出大地测量距离信息的多目标混合系统，其中将光信号向一个或者多个目标发射。将诸如发射器和接收器的设备组件与目标一起建模作为通过信号激发的线性时不变系统，并且记录其系统响应。与单纯的传输计时器或者相位计不同，既通过与时间相关的偏移又通过系统响应的信号形状求得距离信息。

US 4,537,502披露了借助发射具有多个离散频率的辐射以对单个目标进行距离确定的方法。针对目标所反射的辐射确定相移。将相关测量的模糊度间隔分成表示距离和具有相应计数的单元，并且累加对应相移模糊度的单元的计数。基于具有最高计数器读数的单元，确定针对单个目标要测量的距离。

在申请号为05107764.2的欧洲专利申请或者申请号为PCT/EP2006/008184的PCT申请中，描述了根据单纯相位测量原理的多目标距离测量方法，其通过在不同时间发射周期性信号并且对接收的信号进行采样，以同时确定到多个目标的距离。在此，解决了基于数学信号模型的统计参数估计问题，使得可以指定目标数量大于一个的目标或者原则上由该方法确定目标的数量。在该申请中，还描述了将接收的信号分解成可以指派给各自目标的单个相的方法。然而，该距离测量方法非常复杂并且基于具有大维数的参数估计问题或者优化问题的求解方案。