CN104428687B

CN104428687B - 距离测量方法和距离测量元件

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Publication number: CN104428687B
Application number: CN201380030508.XA
Authority: CN
Inventors: 雷托·施图茨
Original assignee: Leica Geosystems AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: US10114121B2; EP2867694B1; EP2867694A1; WO2014001259A1; US20150168551A1; CN104428687A; EP2680029A1

Abstract

本发明涉及一种距离测量方法，包括至少以下步骤：向目标对象发射至少一个测量信号，其中，产生至少一个起始信号(S)，并且从目标物体反向散射测量信号作为目标信号(Z)。目标信号(Z)和可选择地起始信号(S)以不同的采样速率在第一采样和第二采样中被采样，并根据起始信号(S)和目标信号(Z)之间的相对位置来确定至目标对象的距离。

Description

距离测量方法和距离测量元件

本发明涉及一种距离测量方法以及距离测量元件。

在电子和电光距离测量领域中，各种不同的原理和方法是已知的。一种方法是向要测量的目标发射诸如例如激光的脉冲电磁辐射并接着从作为反向散射(backscattering)物体的所述目标接收回波，其中，基于脉冲的飞行时间确定至要测量的目标的距离。这样的脉冲飞行时间测量元件已经获得接受，同时在很多领域作为标准的解决方法。

各种方法被用于检测反向散射的脉冲。

所谓的阈值方法涉及在入射辐射的强度超过一定的阈值的情况下检测光脉冲。

另一方法基于对反向散射脉冲的采样。由于对检测器检测到的辐射进行采样，在采样区域中识别信号，并最终确定所述信号的位置的事实，检测到发射的信号。通过使用多个采样值，即使在不利的环境中，也可能识别出有利的信号，使得能够处理甚至相对更大的距离或者有噪声或被干扰所包围的背景。在现有技术中，通过对时间窗或相位被移动的许多相同脉冲进行采样来实现采样，其中，目前能够实现足以采样单个脉冲的足够高的频率的非常快速的电路。

然而，信号采样组成的需求和信号重构的前提是有问题的，特别是变量或失真信号的使用。由于技术上受制于上限的采样速率，不是所有的信号分量都可以以相同的方式采样。如果没有遵守所谓的尼奎斯特(Nyquist)采样定理，那么就会出现所谓的混叠效应，这种混叠效应破坏信号重构从而降低了测量的准确性。现有技术公开了仍然接受轻微违反尼奎斯特条件或者通过一定程度的滤波使得能够针对滤波后的信号满足尼奎斯特条件来降低较高频的信号分量的解决方法。

在这个方面，WO2011/076907公开了一种用于根据反射信号的直接采样原理的高精度距离测量设备，其中，接收信号通过采样电路被采样并接着被量化。在采样的上游，高阶滤波器被分配给接收信号路径。所述滤波器通常为6阶滤波器或更高阶的滤波器，并且与根据现有技术的其它设备的情况不同，所述滤波器没有被设计为简单的1阶、2阶或最高3阶的抗混叠滤波器。在这种距离测量方法的情况下，波形的完全识别不再是绝对必需的。因此，在采样之前，降低信号带宽，使得与距离相关的所有频率均低于采样频率的一半，根据尼奎斯特定理，可以通过算法的手段完全地重构当时为了预期的测量目的而保持和满足该目的的与距离相关的信号，并且因此还可以确定它的准确位置。即使在信号改变的情况下，该测量仍然起作用，并且通过这种方法可提高精度。然而，指引重构的前提条件是信号的主要部分必须位于尼奎斯特带内，优选地使用第一频带。

确实，现有技术的其它方法和设备大致上遵守尼奎斯特或香农(Shannon)条件。在这种情况下，信号频谱的带宽BW或3dB下降点f3dB被限制到低于尼奎斯特极限频率fg的频率。然而，由于所述频率在高于BW或f3dB的频率处的下降由于低滤波器阶数而无例外地过于缓和，所以没有100％满足香农定理，并且没有为精确的没有偏移的距离测量提供对混叠效应的抑制。

因而，现有技术的解决方法使用确保遵守采样定理的复杂的滤波器概念，但是这些解决方法在避免混叠效应方面不能达到高精度测量所需要的程度。

因此，本发明的一个目的是提供一种新颖的距离测量方法和新颖的距离测量元件，所述方法和元件可以避免或减少这些缺点。

另一个目的是提供一种高精度的距离测量元件和距离测量方法，所述元件和方法在采样过程之前不需要滤波或降低了滤波的开销。

另一个目的是提供一种距离测量元件，即使在非线性失真脉冲的情况下，如在信号饱和的情况下，该元件也能够进行准确的测量。

另一个目的是提供一种距离测量元件，该元件使得甚至使用较高频率的信号分量成为可能，特别是不受到香农定理的限制。

另一个目的是提供一种高精度的距离测量元件，该元件使得即使使用简单的结构，特别是使用低速模数转换器，也能够进行高精度的测量。

特别是，所述目的是利用信号采样进一步发展根据飞行时间测量方法的距离测量元件，使得能够确保毫米范围或亚毫米范围内的绝对精度。这里旨在理想地实现根据相位测量原理的距离测量元件的精度等级。

本发明涉及一种距离测量元件，该距离测量元件向要被测量距离的目标对象发射测量信号，并且在与所述目标对象的交互之后再次接收反射的信号分量作为目标信号并对其评估。在可见或不可见频谱范围内的光通常被用于这个目的，所述光例如由激光二极管、固态激光器(如Q开关微芯片激光器)或LED产生。然而本质上，根据本发明的方法也可以用于其它类型的测量信号，如超声波测量元件。在一般类型的激光距离测量元件的情况下，通常根据飞行时间测量原理(即，根据起始信号和目标信号的接收之间的时间差)来确定距离，至少所述目标信号被采样以数字化。

根据本发明的解决方案基于这样一种借助于模数转换器来采样目标信号的方法，与现有技术相反，使用了不同的采样速率或频率。作为目标信号的具有不同采样速率的至少两个采样过程的结果，采样点的相对位置与信号相关地移动。因此，对采样速率进行调谐允许以多个采样点越过信号形状(signal profile)，使得在不同的采样过程中，在各个情况下在不同的位置采样所述信号形状。关于信号形状的信息可以通过这些采样过程和调谐采样速率时采样过程的行为的整体来获得。特别是，这允许确定最优的采样速率，最优的采样速率允许对各个距离或分配的距离范围进行高精度测量。在这个过程中，采样速率可以按照如下方式自适应，即，对相对于采样模式具有相同的相对位置的信号进行采样，其中，例如，信号波形的峰值点可以作为与位置相关的参考变量。参照脉冲形状的特性特征(在这此情况下，峰值点)，执行目标信号和起始信号的信号形状中的相同位置的采样。模数转换器的采样速率以及由此通过采样速率定义的采样模式的采样点因此适于距离范围，其中，可以消除作为混叠的结果而产生的效应，或在算法中考虑所述效应。

在这个过程中，使用不同的采样速率的重复采样(在任何情况下都至少执行两次)的探测预先发射并再次从目标反向散射的目标信号和具有相同信号形状的至少一个副本或新产生的信号。例如，在距离不变或具有已知距离差的情况下通过发射的信号可以采样、接收两个要采样的信号并以不同速率进行采样，使得存在通过不同的测量过程对到相同目标的目标信号的顺序采样。因此，这对应于测量过程的外面部分(external part)的重新执行。另选地或附加地，接收器也可以具有多通道的设计，例如，借助于分束器，其中，多个通道中的每一个都被以不同的速率采样。这对应于测量过程内部部分(internal part)的并行化，其中，使得信号的副本对于每个通道都可用。如果这种多通道属性与信号的多路发射相结合，即，如果同时实现第二采样的两种方法，则总是可以在每种情况下使用专用的模数转换器在两个通道中以不同的速率并行地对信号进行采样，其中，针对每个发射的信号，在每个情况下改变通道的采样速率。

在采样过程后，借助于飞行时间方法来确定距离，即，基于信号之间的时间测量(已被分配距离)。通常，在这种情况下可以发射单个的脉冲，但是根据本发明，还可以使用更复杂的信号结构或信号图形。

采样速率或采样频率的移动可以被各种方法使用。

第一种方法使用起始信号，该起始信号对应于目标信号并且例如通过使用内部参考路径在测量信号的发射之前或在发射时产生，借助于该内部参考路径，部分测量信号在设备内部传送给接收器。按照与目标信号相同的方式，所述起始信号也被接收器或模数转换器采样。通过改变采样速率，可以使得已被分配给相应速率的采样模式，移动，使得按照相同的方式(即，在信号形状的相同点)对起始信号和目标信号进行采样。因此，只要按照起始信号与目标信号之间的间隔对应于采样间隔(即，采样点之间的间隔)的整倍数的方式选择采样速率，就不需要脉冲的完整重构。接着，在相同的地点并从而以直接比较的方式对这两个信号进行采样。因此，模数转换器的采样频率适于使得这两个信号在采样模式中位于相同的位置，即，具有相对于采样点具有相同的相对位置。在这两个信号(即目标信号和起始信号)的采样过程中，作为混叠的结果而出现的错误被复制，并且因而如果在幅值匹配之后合适的话，通过这两个信号的比较，该错误可被减去或消除。

这个方法也可以仅使用两个采样速率来执行，例如如果采用第一采样过程作为确定粗略距离的预先测量。接着，在粗略距离的基础上，可以选择(例如从表中)对于这个距离而言理想的采样速率。

一种不同的方法以孤立的方式考虑目标信号，其中确定了混叠效应。为了这个目的，通过改变采样速率，采样模式关于信号形状移动，使得信号形状被穿越(pass over)或者至少部分地被采样。根据测量(即，所建立的信号形状或所建立的距离相对于采样速率的改变的变化)，能够确定混叠效应并消除混叠效应。在这种方法的情况下，如果对于不同的采样速率存在锁相或至少一个定义的相角以使得在仅对目标脉冲进行采样时在采样过程之间没有不确定的相移，则是有利的。另选地或附加地，所使用的起始信号也可以是电子方式产生的起始信号，例如，所述起始信号不需要是目标信号的副本。

实质上，不同的采样速率所实现的是相对于简单采样的、针对信号的二次采样或更精细的采样。

如果仅使用目标信号(如在例如电子方式产生的起始信号的情况下是可能的)，那么信号位置的优化在于将所述信号放入关于采样模式的最优位置(用于评估)。例如，目标信号可以被放入采样模式中，使得在分配给时间间隔的一个采样点或一组采样点的目标信号的一阶导数尽可能地大，这对应于每个距离变化的信号改变的最大值。

实质上，根据本发明的方法也能结合现有技术的方法。在这个方面，具体地，例如还可以使用WO2011/076907中的滤波器方法。

下面基于在附图中示意性例示的示例性实施方式以纯粹示例的方式更加详细地描述根据本发明的距离测量方法和根据本发明的距离测量元件。

在图中，具体地：

图1示出根据本发明的距离测量元件的一个示例性实施方式的框图；

图2至图3示出根据现有技术的根据飞行时间测量原理的距离测量元件的基本图示；

图4至图5示出根据本发明的距离测量方法的基本图示；

图6a至图6b示出一阶和二阶滤波器的不同频谱；

图7a至图7b示出作为采样速率的函数的一阶和二阶滤波器的不同频谱；

图8a至图8c示出一阶滤波器的模拟时间信号和从模拟时间信号内插的数字信号之间的差以及信号与采样模式之间的不同相对位置；

图9a至图9c示出对二阶滤波器的模拟时间信号和从模拟时间信号内插的数字信号之间的差以及信号与采样模式之间的不同相对位置；

图10a至图10b示出在不同阶数滤波器的信号采样中的距离误差的出现以及信号与采样模式之间的相对位置；

图11a至图11b示出与根据本发明的距离测量方法相比较，根据现有技术的距离测量方法的总误差的说明；

图12示出停止信号的根据本发明的线性内插的基本图示；以及

图13显示根据本发明的查找表创建的基本图示。

图1示出了根据本发明的距离测量元件的一个示例性实施方式的框图。该距离测量元件包括用于向目标物体2发射至少一个测量信号MS(特别是光信号)的测量信号源1，其中，产生至少一个起始信号。具体地，激光二极管、固态激光器或LED适合作为测量信号源1。起始信号可以作为电子方式产生的信号而被提供，或者如在示例性实施方式中那样可以通过测量信号MS的分束或转换而产生。为了这个目的，测量信号MS穿过例如分束器4并且随后被发射到目标物体2。测量信号MS的其它部分通过设备内部参考路径被传送到另外的分束器5，并且在分束器5被耦接回到接收光束路径中。因而，这些配置定义了设备外部的测量部分和设备内部的参考部分，其中起始信号通过耦合输出(coupling-out)和设备内部光束导向(beam guiding)被提供。除了借助于分束器4的耦合输出以外，例如，借助于在每种情况下仅释放设备外部测量部分和设备内部参考部分中的一个部分并且在设备外部测量部分和设备内部参考部分之间来回切换的转换元件，可以实现连续地穿过设备外部测量部分和设备内部参考部分。

从目标物体2反射的测量信号MS被传送到接收器3以进行检测并且在接收器3处被检测为目标信号，并在放大器级6的下流被包括用于确定起始信号和目标信号的相对位置的模数转换器8的下流采样电路采样。在模数转换器8进行采样前，可以由低通滤波器7进行滤波。在控制和评估元件9中，根据的起始信号和目标信号的相对位置来确定至目标对象的距离。

为了这个目的，以这样的方式设计采样电路，即，至少按照两种不同的采样速率对目标信号采样。在这种情况下，模数转换器8经由频率产生器10被控制和评估元件9控制，频率产生器10特别是合成器，优选地是直接数字合成器或分数N型(fractional-N)合成器，其中参考时钟11用于频率合成。控制和评估元件9另外经由放大器级12控制测量信号源1，其中，测量信号源1的频率也可以通过另外的频率产生器(在此未示出)被相应地调整，使得接收器和源的频率都可以被相应地调整。

在这个示例性的实施方式中，使用不同的采样速率对分别经由设备外部测量部分和设备内部参考部分传送的至少两个测量信号进行连续采样。在这种情况下，在每个采样过程中，在一个过程中使用一个采样速率对起始和目标信号进行联合分析。

然而，另选地或附加地，也可以按照如下方式设计和布置接收器和采样电路，即，从目标物体2反向散射回来的测量信号MS在接收时被分束并且在两个通道中按照不同的采样速率并行地被采样，在每种情况下都使用模数转换器8。

在两种可选择的方案中，至少完成目标信号的第二采样，其中，从目标物体反射回的测量信号的副本或新的传输和接收过程的结果在第二采样中作为目标信号被采样，并且第一采样和第二采样具有不同的采样速率。

图2至图3说明了根据现有技术的用于脉冲飞行时间距离测量元件的飞行时间测量原理。在该距离测量元件中，布置有测量信号源1和接收器5。测量信号源1发射光脉冲，当在例如回射器13的目标处反射或向反向散射之后，所述光脉冲作为反向散射光脉冲被接收器5再次检测到。代替光脉冲，也可以使用例如由一系列脉冲或矩形信号组成的图形作为测量信号。发射后，测量信号的用于生成起始信号S的部分经由设备内部参考部分传送，使得所述信号在时间上比从目标物体反射的目标信号Z接收得早。在图3中例示了这种情况，其中，描绘了相对于时间t的信号脉冲s(t)，并且脉冲被显示为信号波形。起始信号S和目标信号Z被模数转换器以一个采样速率一起采样，其中这两个信号都位于由采样间隔14组成的采样模式中，所述采样模式由采样速率限定，并且被数量N个采样间隔分隔开。在现有技术的方法中，起始信号S和目标信号Z接着在采样点被检测，这些信号被重构并且它们的时间间隔被确定，为了这个目的，诸如例如自相关的各种基本的方法是可用的。根据时间间隔(即，经由设备外部测量部分的信号飞行时间，按照已知的方式确定至目标的相关距离。

图4至图5说了根据本发明的距离测量原理。图4和图5示出了起始信号S和目标信号Z的与图3相对应的放大的选段，其中，在这个示例中，目标信号Z被示为起始信号S的衰减的副本。但是，实际上，目标信号也可以出现失真。图4揭示起始信号S和目标信号Z相对于由采样间隔14定义的采样模式具有不同的相对位置，其中，采样间隔14构成了时间周期以及两个采样点之间的间隔。从这个方面，对于起始信号S而言，峰值点与采样点重合，而目标信号的峰值点位于采样间隔中并因此在两个采样点之间。因此，这两个信号在它们的信号形状的不同点处被采样，并且在二次采样内插的过程中会出现混叠效应，所述混叠效应导致在距离测量中的误差。

根据本发明，相同的信号形状(即，起始信号S和目标信号Z的副本)被再次或并行采样，其中，使用不同的采样速率，使得采样发生在信号形状的其它位置处。在对起始信号S和目标信号Z一起采样的例子中，这些采样位置沿着信号形状移动。如果在图5中所示的采样间隔14’的缩短具有以相同的相角(即互相不会有相位移动)对起始信号S和目标信号Z进行采样的效果，则发生根据本发明需要的情况。在这种情况下，按照相同的方式对这两个信号的边和峰值点进行采样，使得这两个信号相对于采样模式相同地定位。根据本发明，可以对发射和接收以及采样过程进行多重地重复，并且可以在确定采样值的时间间隔之前累积起始信号S和/或目标信号Z的采样值。

这里，通过移动或有目标地选择可以确定理想的采样速率或采样频率。因此，第二采样的采样速率可以在第一采样的基础上选择，特别是在基于第一采样的至目标对象的粗略距离的基础上来确定。一种不同的选择包括改变采样速率，其中，所确定的距离的变化被分析并用作最优标准。同样，可以对针对多个采样速率确定的距离值求平均值。

具体地，第二采样的采样速率可以在已知至目标对象的粗略距离的基础上选择，其中，这个粗略距离也可通过不同方法来确定，诸如根据阈值方法的脉冲飞行时间测量、三角测量或任何其它合适的方法。在带有在很大程度上未被建立的一系列多个测量和对象的测量任务的情况下，例如也可以使用先前的至邻近点的测量值作为粗略的距离。在这种情况下，可以通过从其中已分配给粗略的距离合适的采样速率的表中得到采样速率而选择采样速率。这样的表可以特别在先前的距离测量过程的基础上被创建。

第二采样的采样速率也可以根据下面的关系来选择：

其中，f_n+1表示要为第二采样选择的采样速率，f_n表示第一采样的采样速率，N表示起始信号S与目标信号Z之间的采样间隔14的数量，并且表示在f_n的情况下起始信号S与目标信号Z之间的采样间隔14的数量的向下取整函数。

假定起始采样速率或频率f_n＝500MHz，举个例子，N＝789.358个结果作为位于起始信号和目标信号之间的采样间隔的数量。

相关的距离D可以根据下式计算：

其中，c表示光速。

要选择的第二采样速率得到根据下式产生：

在设备侧，这通过由频率产生器(诸如合成器(N、分数N或DDS(直接数字合成器))产生的模数转换器的采样频率实现。这个方法受限于频率产生器的设置精度和先前的距离测量或先前的采样的质量。

然而，根据本发明，要选择的采样速率也可以借助于向上取整函数以类似的方式被选择，因此导致了下面另选的关系：

其中，向下取整和向上取整函数也可以根据其它关系来表达，诸如下面的方式：

其中，x表示整数。

根据本发明的另一个可能性包括改变第二采样的采样速率，直到在目标信号Z的采样点的信号或信号脉冲的一阶导数是最大的，或者包括如果一阶导数再次降低则结束所述改变。因而这个方法可以被限制到对目标信号Z的变化的专门考虑，并从而也允许使用电子方式产生的起始信号S，起始信号S因而可以在它的特性和信号处理方面与目标信号Z完全不同。

根据本发明，使用至少两个不同采样速率进行采样的这个方法也可以与滤波相结合(例如如在WO2011/076907中所描述的)，使得在滤波前进行数字化。

在图6a至图6b中例示了合适的一阶和二阶滤波器的不同频谱，作为低通滤波器类型的所述滤波器在500MHz采样频率具有80MHz的3dB极限频率BW。在横轴上表示了MHz频率，并且在纵轴上表示了dB的衰减，其中，实线表示模拟信号AS并且虚线表示数字信号DS。图6a表示一阶滤波器，而图6b表示二阶滤波器。

在图7a至图7b中，相同滤波器的频谱被示为采样速率的函数，其中，在纵轴上表示以采样速率为单位的频率。

图8a至图8c例示了一阶滤波器的模拟时间信号AS和从模拟时间信号AS内插的数字信号DS之间的差别以及时间信号与采样模式之间的不同的示例性相对位置。在图8a至图8c中，相对于采样模式在三个不同位置例示了被绘制为实线的模拟时间信号AS。在图8a中，时间信号的最大值正好位于采样模式的采样点处(由时间单位250标记)，其中，从采样的时间信号AS内插的数字信号DS在采样点处具有相同的值并在中间区域中偏离。在图8a中，时间信号AS的最大值直接位于采样模式中，其中，作为重构的数字信号DS的最大值也位于这个位置。在下面的图8b至图8c中，时间信号AS的时间位置相对于采样模式向右移动，使得时间信号AS的最大值现在位于具有时间单位250和251的采样点之间。显然，在这些不同的相对位置的情况下，数字信号DS的最大值和形心的不同位置也遵循，从而提高了信号重构对在采样模式中的时间信号AS的相对位置的依赖性，这导致了距离误差。

图9a至图9c示出了二阶滤波器的模拟时间信号和从模拟时间信号内插的数字信号之间的相应差别，其中，由于滤波，信号形状之间的偏离以及距离误差变得较小。

图10a至图10b例示了在使用不同阶数的滤波器对信号进行采样的过程中的距离误差ΔD以及信号与采样模式之间的相对位置。图10a至图10b示出了作为确定要重构的信号相对于时间上的参考点的时间位置的过程中的不同的相对图形位置的结果导致的错误的出现，其中，要确定的距离经由信号飞行时间跟随时间位置。距离的误差变得明显，如果借助于数字内插的信号来确定位置，该误差就会出现。模拟信号和数字内插信号的最大值的位置被假定为时间位置。在纵轴上示出作为最大值的位置之间的差别的距离误差ΔD。

横轴表示以采样点的间隔的单位的采样模式的移动，即，信号相对于采样模式的移动。在如图10a中例示的一阶滤波器的情况下，显然，误差线性上升，并且仅在采样点和最大值对应的情况下给出真实距离。图10b示出了二阶滤波器的相同情况。

上述考虑忽略了可能随着起始信号和一些其它参考信号的另外采样出现的误差。下面在图11a至图11b中说明该误差。

图11a例示了起始信号的由于混叠效应而出现的误差ΔD_S和目标信号ΔD_Z的误差。该图示出了以与移动(由间隔0到1中的周期性表示)相关的采样间隔表达的距离误差ΔD，或信号形心关于采样模式的相对位置。如现有技术中也已知的，在信号的重构中出现混叠误差。所述混叠误差总体越大，信号形心相对于采样模式的采样点移动地越远。如果两个信号互相比较，则根据它们采样时刻之间的差别，要确定的距离的较大或较小的总误差ΔD_Z-ΔD_S出现。

通过比较，如果以相对于采样模式的相同的相对位置或相移对起始信号和目标信号采样，那么导致的误差由于起始和目标信号的误差ΔD_S和ΔD_Z移动到ΔD_S ^*和ΔD_Z ^*(如在图11b中针对所述移动示出的)导致的差别的形成而减少，该移动由采样速率的自适应引发。

根据本发明，由于混叠而出现的误差也可以通过使用不同采样速率对相同距离的多重测量而识别或减少或完全消除。在图12中以目标信号或停止信号线性内插的方式例示第一种可能性。在这个例子中，以不同的速率对目标信号采样两次，其中，后者被选择，使得导致的移动位于同样采样的起始信号的两侧。由此确定两个目标信号的两个距离误差ΔD_Z1和ΔD_Z2以及关于采样模式的相对位置不变的起始信号的距离误差ΔD_S。根据两个距离误差ΔD_Z1和ΔD_Z2，借助于线性内插，随后可以计算合成的距离误差ΔD_Z作为相对于采样模式与起始信号相同的幅度移动的目标信号的内插的而不是直接测量的值。在这个合成值的帮助下，可大幅地或完全地消除误差。

针对不同的采样速率、测量距离和结构(例如，不同的目标和信号波形)，出现在相对于采样模式的相应移动的情况中的系统的距离误差也可以被确定，并且可以存储在根据本发明的表中。这种情况以根据本发明的创建查询表的基本图示的形式显示在图13中，其涉及针对不变的距离和测量结构来确定n个离散的采样速率的不同的距离误差ΔD_Z1、ΔD_Z2、ΔD_Z3到ΔD_Zn和由此导致的相对于采样波形的n个等距离的移动。

Claims

1.一种距离测量方法，该方法至少包括：

●向目标对象(2、13)发射至少一个测量信号(MS)，其中，产生至少一个起始信号(S)；

●接收从所述目标对象(2、13)反向散射回的所述测量信号(MS)作为目标信号(Z)；

●对接收到的所述目标信号(Z)进行第一采样，并确定所述起始信号(S)和所述目标信号(Z)的相对位置；

●根据产生的所述起始信号(S)和所述目标信号(Z)的相对位置来得到至所述目标对象(2、13)的距离；

其特征在于：

对接收到的所述目标信号(Z)进行至少第二采样，其中，所述第一采样和所述第二采样具有不同的采样速率，采样模式被分配给相应的采样速率，

在所述第一采样和所述第二采样中，将所述起始信号(S)和所述目标信号(Z)一起采样，

改变所述第二采样的所述采样速率，直到所述起始信号(S)和所述目标信号(Z)的相应位置相对于分配给相应的采样速率的采样模式相同，使得所述起始信号和所述目标信号在相应的信号形状的相同位置被采样。

2.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于：

所述距离测量方法是根据飞行时间测量方法的距离测量方法。

3.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于：

所述至少一个测量信号(MS)包括光信号。

4.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于：

在所述第一采样的结果的基础上选择所述第二采样的所述采样速率。

5.根据权利要求4所述的距离测量方法，其特征在于：

在基于所述第一采样的至所述目标对象(2、13)的距离的基础上来确定所述第二采样的所述采样速率。

6.根据权利要求5所述的距离测量方法，其特征在于：

在识别了至所述目标对象(2、13)的粗略距离的基础上选择所述第二采样的所述采样速率。

7.根据权利要求6所述的距离测量方法，其特征在于：

从表中得到所述采样速率，在所述表中，适合的采样速率被分配给粗略距离。

8.根据权利要求7所述的距离测量方法，其特征在于：

在之前的距离测量过程的基础上来实现粗略距离到采样速率的所述分配。

9.根据权利要求1、4和7中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

针对所述目标信号(Z)来确定合成的距离误差。

10.根据权利要求9所述的距离测量方法，其特征在于：

通过对所述目标信号(Z)的位置移动的线性内插，来确定所述合成的距离误差。

11.根据权利要求1、4和7中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

通过对从所述目标对象(2、13)反向散射的所述测量信号(MS)进行分束，针对至少所述第二采样产生所述测量信号(MS)的副本。

12.根据权利要求1、4和7中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

针对所述测量信号(MS)的至少所述第二采样，在距离不变或具有已知距离差别的情况下，存在所述测量信号的重复发射和接收。

13.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于：

在所述发射之前产生所述起始信号(S)作为所述测量信号(MS)的副本。

14.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于：

通过对所述测量信号(MS)进行分束以在所述发射之前产生所述起始信号(S)作为所述测量信号(MS)的副本。

15.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于：

根据下面关系中的一个来选择所述第二采样的所述采样速率：

或或

其中，

f_n+1表示要选择的所述第二采样的采样速率，

f_n表示所述第一采样的采样速率，

N表示所述起始信号与所述目标信号之间的采样间隔的数量，

x表示整数，

表示向下取整函数，并且

表示所述起始信号与所述目标信号之间的采样间隔的数量的向上取整函数。

16.根据权利要求1、4和7中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

改变所述第二采样的所述采样速率，直到所述目标信号(Z)的采样点处的一阶导数最大。

17.根据权利要求16所述的距离测量方法，其特征在于：

所述起始信号以电子方式产生。

18.一种距离测量元件，该距离测量元件至少包括：

●测量信号源(1)，其用于向目标对象(2、13)发射至少一个测量信号(MS)，其中，产生至少一个起始信号(S)，其中，所述测量信号(MS)的部分经由内部参考路径传送；

●接收器(3)，其用于检测从所述目标对象(2、13)反向散射的所述测量信号(MS)作为目标信号(Z)；

●采样电路，其用于对所述目标信号(Z)进行采样来确定所述起始信号(S)与所述目标信号(Z)之间的相对位置；

●控制和评估组件(9)，其用于根据所述起始信号(S)与所述目标信号(Z)的相对位置来获得至所述目标对象(2、13)的距离；

其特征在于：

所述采样电路按照使用至少两个不同的采样速率对所述目标信号(Z)进行第一采样和第二采样的方式设计，所述至少两个不同的采样速率分别被分配有采样模式，在所述第一采样和所述第二采样中，将所述起始信号(S)和所述目标信号(Z)一起采样，

19.根据权利要求18所述的距离测量元件，其特征在于：

所述至少一个测量信号(MS)包括光信号。

20.根据权利要求18所述的距离测量元件，其特征在于：

通过对所述测量信号(MS)进行分束来产生所述至少一个起始信号(S)。

21.根据权利要求18所述的距离测量元件，其特征在于：

所述采样电路具有频率产生器(10)。

22.根据权利要求21所述的距离测量元件，其特征在于：

所述频率产生器(10)包括合成器。

23.根据权利要求21所述的距离测量元件，其特征在于：

所述频率产生器(10)包括直接数字合成器或分数N型合成器。

24.根据权利要求18或21所述的距离测量元件，其特征在于：

所述接收器(3)和所述采样电路按照在两个通道中使用不同的采样速率并行地对从所述目标对象(2、13)反向散射的所述测量信号(MS)进行分束和采样的方式设计和配置。