[发明专利]距离测量方法和距离测量装置

说明书

本发明涉及使用Mach‑Zehnder调制器的边带进行FMCW距离测量，尤其涉及用于根据调制连续波雷达原理的测量距离的距离测量方法和距离测量装置，其中，生成第一激光辐射和第二激光辐射，使得第一激光辐射具有第一调频(1A)，并且第二激光辐射具有第二调频(1B)，其中，至少分段地，第一调频的时间导数不同于第二调频的时间导数。根据本发明，通过借助于电光调制器(10)调制基辐射(9)生成第一激光辐射和第二激光辐射，使得产生包括载波分量(20)和多个边带分量的输出辐射(11)，其中，第一边带分量(21A)提供第一激光辐射，并且第二边带分量(21B)提供第二激光辐射。

技术领域

本发明涉及一种用于基于调制连续波雷达原理的测量距离的距离测量方法以及距离测量装置。

背景技术

在电子距离测量领域中，已知不同的原理和方法。一种方法涉及以调频的电磁辐射的形式朝向待测量目标发射传输信号，并且随后接收从该目标返回的至少部分辐射作为接收信号，也称为回波或回波信号。待测量目标可以具有镜面反射特性(例如，当使用后向反射器时)以及漫反向散射特性二者。

所谓的FMCW距离测量装置(FMCW：“调频连续波雷达(Frequency ModulatedContinuous Wave radar)”)，也称为调制连续波雷达装置或FMCW雷达装置，允许测量到待测量目标的绝对距离。

在接收之后，回波信号与本振信号叠加/混合以生成差拍信号，该差拍信号具有与传输信号的传播时间相关的差拍频率。因此，基于该差拍信号，然后可以基于传播时间获得到目标的距离。

在FMCW布置中，使用可调谐激光源，其中，在原则上可视为最简单的实施方式中，激光源光学频率的调谐的变化是线性的并且以已知的调谐速率发生。接收信号与第二信号叠加，该第二信号通常从发射信号获得，其中，混合产物(干涉图)的所得到的差拍频率是到目标的距离的量度。

在现有技术中已知该基本形式的不同变型。例如，参考干涉仪可以用于测量激光的调谐行为。

用于实现这些方法的距离测量装置通常使用信号发生器，其将信号施加到可调制的辐射源上。在光学范围内，最常用的辐射源是激光器或激光二极管。针对光学范围内的发射和接收，使用传输透镜和接收透镜的布置，其中，针对接收，可以使用用于外差混合的检测器，然后是A/D转换器和数字信号处理器。

所发射的传输信号的频率变化代表测量的标尺(scale)。根据距离测量的精度要求，可以借助于附加测量更精确地验证或确定该标尺。例如，激光源的充分线性连续调谐通常需要额外的复杂性。为此目的，例如，所发射的辐射的部分可以通过具有限定的参考长度的参考干涉仪。根据所得到的差拍频率，可以基于已知的参考长度推断出所发射的传输信号的频率的时间变化。如果参考长度未知或不稳定(例如由于温度影响)，可以使用额外的校准单元(例如气室或法布里-珀罗元件(Fabry-Perot-element))来确定。

在最有利的情况下，目标相对于测距仪是静止的，即目标具有到测距仪的不随时间变化的距离。但是，通过适当的补偿措施，对于移动或振动目标的绝对距离测量也是可行的。

目标与测距仪之间的径向运动引起差拍频率的多普勒频移。然而，该多普勒频移可以例如通过对上升频率斜坡然后对下降频率斜坡的组合测量进行补偿，因为在目标的恒定速度的情况下，两个斜坡的多普勒频移是相同的，而斜坡生成的差拍频率具有不同的符号。

然而，通过使用时间上连续的相反斜坡，即随着啁啾信号(chirp sign)的连续变化，可用的测量速率也减半。此外，该方法基于以下事实：在两个斜坡的遍历期间应用恒定的目标速度。然而，在实践中，因为在测量过程期间目标的加速度和/或振动、散斑效应或其它效应在距离测量中引起不可忽略的测量波动，所以恒定速度的这种假设通常不适用。