調(diào)制激光測(cè)距器和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的名稱(chēng)是調(diào)制激光測(cè)距器和方法。一種激光測(cè)距器，其包括激光器，該激光器經(jīng)配置將激光束投射至目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自目標(biāo)物體反射，其中激光束具有頻率，并且其中以已知的速度調(diào)制頻率；第一分束器，其被布置以從激光束分裂出基準(zhǔn)光束；第二分束器，其被布置以接收目標(biāo)光束和基準(zhǔn)光束，其中目標(biāo)光束和基準(zhǔn)光束被相干組合，該相干組合光束確立差頻；以及探測(cè)器，其經(jīng)配置測(cè)量差頻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】調(diào)制激光測(cè)距器和方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該申請(qǐng)涉及到目標(biāo)物體的距離的測(cè)量，更具體地，涉及使用調(diào)頻激光束測(cè)量到目標(biāo)物體的距離。
【背景技術(shù)】
[0002]激光測(cè)距器投射激光束，從而測(cè)量到目標(biāo)物體的距離。傳統(tǒng)的激光測(cè)距器是相對(duì)小型的，同時(shí)仍提供了相對(duì)精確的距離測(cè)量。因此，傳統(tǒng)激光測(cè)距器被用于各種應(yīng)用中，如體育應(yīng)用(例如，高爾夫和狩獵)、建筑應(yīng)用(例如，測(cè)繪)以及軍事應(yīng)用(例如，目標(biāo)獲得)。
[0003]傳統(tǒng)的激光測(cè)距器通常采用“飛行時(shí)間”方法，進(jìn)行測(cè)量距離。飛行時(shí)間激光測(cè)距器一般包括激光器和探測(cè)器。激光器朝向目標(biāo)物體投射激光脈沖并且開(kāi)始計(jì)時(shí)(clock)。探測(cè)器探測(cè)由于激光脈沖撞擊目標(biāo)物體的反向散射。計(jì)時(shí)器(clock)在最初探測(cè)到反向散射后鳴響。激光脈沖的投射和反向散射的最初探測(cè)之間的時(shí)間差是飛行時(shí)間(即，光從激光測(cè)距器飛行到達(dá)目標(biāo)物體，并且然后返回至激光測(cè)距器所花費(fèi)的時(shí)間)。然后，通過(guò)將飛行時(shí)間乘以光的速度再除以二(到目標(biāo)物體的距離是所傳播的距離的一半)，計(jì)算到目標(biāo)物體的距離。
[0004]因?yàn)閭鹘y(tǒng)的“飛行時(shí)間”激光測(cè)距器基于反向散射的第一次探測(cè)測(cè)量距離，這種激光測(cè)距器被限制為僅探測(cè)一個(gè)物體(即，激光脈沖的路徑內(nèi)的第一個(gè)物體)。此外，僅測(cè)量到目標(biāo)物體的前緣的距離。因此，限制了傳統(tǒng)的“飛行時(shí)間”激光測(cè)距器的利用。
[0005]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在激光測(cè)距器領(lǐng)域繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)努力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)的激光測(cè)距器可包括激光器，其經(jīng)配置將激光束投射至目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自目標(biāo)物體反射，其中激光束具有頻率，其中以已知速度調(diào)制該頻率；第一分束器，其被布置以從激光束分裂出基準(zhǔn)光束；第二分束器，其被布置以接收目標(biāo)光束和基準(zhǔn)光束，其中目標(biāo)光束和基準(zhǔn)光束被相干組合，相干組合光束確立差頻；以及探測(cè)器，其經(jīng)配置測(cè)量差頻。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)的激光測(cè)距器可包括激光器，其經(jīng)配置將激光束投射至目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自目標(biāo)物體反射，其中激光束具有頻率，其中以已知的調(diào)制速度調(diào)制頻率；第一分束器，其被布置以從激光束分裂出基準(zhǔn)光束；第二分束器，其被布置以接收目標(biāo)光束和基準(zhǔn)光束，其中目標(biāo)光束和基準(zhǔn)光束被相干組合，相干組合光束確立差頻；以及探測(cè)器，其經(jīng)配置以測(cè)量差頻并且基于所測(cè)量的差頻和已知的調(diào)制速度計(jì)算到目標(biāo)物體的距離。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)的測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法可包括以下步驟:
(I)將連續(xù)的激光束投射至目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自目標(biāo)物體反射，其中激光束具有頻率；(2)以已知的調(diào)制速度調(diào)制頻率；(3)從激光束分裂出基準(zhǔn)光束；(4)相干組合目標(biāo)光束與基準(zhǔn)光束，其中相干組合光束確立差頻；(5)測(cè)量差頻；以及(6)基于所測(cè)量的差頻和已知的調(diào)制速度，計(jì)算距離。
[0009]在仍另一個(gè)實(shí)施方式中:
[0010]根據(jù)本公開(kāi)的方面，提供了激光測(cè)距器，其包括:
[0011 ] 激光器，其經(jīng)配置將激光束投射至目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自所述目標(biāo)物體反射，其中所述激光束具有頻率，并且其中以已知的調(diào)制速度調(diào)制所述頻率；
[0012]第一分束器，其被布置以從所述激光束分裂出基準(zhǔn)光束；
[0013]第二分束器，其被布置以接收所述目標(biāo)光束和所述基準(zhǔn)光束，其中所述目標(biāo)光束和所述基準(zhǔn)光束被相干組合，其中所述相干組合光束確立差頻；以及
[0014]探測(cè)器，其經(jīng)配置測(cè)量所述差頻。
[0015]有利地，所述探測(cè)器經(jīng)進(jìn)一步配置，以基于所述測(cè)量的差頻和所述調(diào)制速度測(cè)量到所述目標(biāo)物體的距離。
[0016]有利地，所述調(diào)制速度是線(xiàn)性的。
[0017]有利地，所述基準(zhǔn)光束泛射(flood)所述探測(cè)器。
[0018]有利地，所述探測(cè)器包括光電探測(cè)器。
[0019]優(yōu)選地，所述光電探測(cè)器在所述差頻下形成電流振蕩。
[0020]優(yōu)選地，所述探測(cè)器進(jìn)一步包括互阻抗放大器，其經(jīng)配置將所述電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
[0021]優(yōu)選地，所述探測(cè)器進(jìn)一步包括處理器，其經(jīng)配置基于所述電壓信號(hào)確定所述差頻。
[0022]有利地，所述探測(cè)器是光學(xué)探測(cè)器。
[0023]有利地，所述激光束被連續(xù)投射。
[0024]根據(jù)本公開(kāi)的進(jìn)一步方面，提供了用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法，所述方法包括以下步驟:
[0025]將連續(xù)的激光束投射至所述目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自所述目標(biāo)物體反射，其中所述激光束具有頻率；
[0026]以已知的調(diào)制速度調(diào)制所述頻率；
[0027]從所述激光束分裂出基準(zhǔn)光束；
[0028]相干組合所述目標(biāo)光束與所述基準(zhǔn)光束，其中所述相干組合光束確立差頻；
[0029]測(cè)量所述差頻；以及
[0030]基于所測(cè)量的差頻和所述已知的調(diào)制速度，計(jì)算所述距離。
[0031]有利地，用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法進(jìn)一步包括以下步驟:
[0032]確定所述目標(biāo)物體的方位角和升運(yùn)角(elevation angle);以及
[0033]基于所述計(jì)算的距離和所述方位角和升運(yùn)角計(jì)算所述目標(biāo)物體的空間坐標(biāo)。
[0034]有利地，用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法進(jìn)一步包括掃描所述激光束的步驟。
[0035]有利地，在用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法中的所述調(diào)制速度是線(xiàn)性的。
[0036]有利地，在用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法中的所述相干組合步驟包括將多個(gè)目標(biāo)光束與所述基準(zhǔn)光束相干組合。
[0037]有利地，用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法進(jìn)一步包括計(jì)算所述目標(biāo)物體的深度的步驟。[0038]有利地，用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法進(jìn)一步包括計(jì)算所述目標(biāo)物體的散射橫截面的步驟。
[0039]有利地，用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法進(jìn)一步包括計(jì)算所述目標(biāo)物體的加速度的步驟。
[0040]有利地，在用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法中的所述測(cè)量步驟包括將所述相干組合光束投射至光電探測(cè)器上。
[0041]有利地，在用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法中的所述測(cè)量步驟包括:
[0042]產(chǎn)生電壓信號(hào)；以及
[0043]分析所述電壓信號(hào)。
[0044]由以下【具體實(shí)施方式】、附圖和所附權(quán)利要求，所公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器的其他實(shí)施方式和方法將變得明顯。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045]圖1是所公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器的一個(gè)實(shí)施方式的圖示，其示出探測(cè)目標(biāo)物體；
[0046]圖2是圖1調(diào)制激光測(cè)距器的探測(cè)器的示意性方框圖；
[0047]圖3是圖1調(diào)制激光探測(cè)器的基準(zhǔn)光束的頻率隨時(shí)間變化的圖形表示；
[0048]圖4是由圖1調(diào)制激光探測(cè)器所接收的目標(biāo)光束的頻率隨時(shí)間變化的圖形表示；
[0049]圖5是圖3和圖4的圖形比較，其示出由于調(diào)制激光束的傳播時(shí)間導(dǎo)致的時(shí)間移位；
[0050]圖6是由圖4目標(biāo)光束和圖3基準(zhǔn)光束的相干疊加產(chǎn)生的差頻隨時(shí)間變化的圖形表不;
[0051]圖7是由于圖4目標(biāo)光束和圖3基準(zhǔn)光束的相干疊加觀察到的光信號(hào)(電壓隨時(shí)間變化)的圖形表示；
[0052]圖8是圖1調(diào)制激光測(cè)距器探測(cè)多個(gè)目標(biāo)物體的圖示；
[0053]圖9是公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器的另一個(gè)實(shí)施方式的圖示；以及
[0054]圖10是描繪用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的所公開(kāi)方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]參考圖1，所公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器的一個(gè)實(shí)施方式一一般指定為10—可包括激光器12、探測(cè)器14、第一分束器16和第二分束器18。調(diào)制激光測(cè)距器10可被采用，以測(cè)量到目標(biāo)物體20的距離、以及任選地測(cè)量目標(biāo)物體20的深度、加速度、散射橫截面和
/或角度位置。
[0056]激光器12可朝向目標(biāo)物體20投射連續(xù)的激光束22。在距離激光器12的給定距離下激光束22的直徑D可以是光束發(fā)散度(例如，I度)的函數(shù)，其將取決于經(jīng)選擇用于調(diào)制激光測(cè)距器10的激光器12的類(lèi)型等。因此，調(diào)制激光測(cè)距器10的視場(chǎng)可隨著距調(diào)制激光測(cè)距器10的距離增加。
[0057]激光器12可以在已知的調(diào)頻速度下連續(xù)地調(diào)制激光束22的頻率。任何可用的技術(shù)可被用于調(diào)制激光束22的頻率，條件是調(diào)制速度是已知的(用于隨后的信號(hào)處理)。調(diào)頻可受到激光器12本身的影響(S卩，調(diào)制可以與激光器12整合)。可選地，可以采用附加組件如調(diào)頻器(例如，可布置在激光束22的路徑中)，從而調(diào)制朝向目標(biāo)物體20投射的激光束22的頻率。
[0058]調(diào)頻速度可以是線(xiàn)性的。圖3提供了在設(shè)定的線(xiàn)性速度下正被調(diào)制的激光束22的頻率的圖形表示。然而，非線(xiàn)性調(diào)頻速度的使用也被考慮，并且不會(huì)導(dǎo)致脫離本公開(kāi)的范圍。
[0059]作為一個(gè)具體的、非限制性的例子，由激光器12所投射的激光束22可以是477tHz激光束，并且可以以IHz每秒被調(diào)制，如下:t=0s時(shí)477tHz ；t=ls時(shí)477tHz+lHz ；t=2s 時(shí) 477tHz+2Hz ；t=3s 時(shí) 477tHz+3Hz ；t=4s 時(shí) 477tHz+4Hz ；t=5s 時(shí) 477tHz+5Hz ；t=6s時(shí) 477tHz+6Hz ；t=7s 時(shí) 477tHz+7Hz ；t=8s 時(shí) 477tHz+8Hz ；t=9s 時(shí) 477tHz+9Hz ；t=10s 時(shí)477tHz ；t=lls 時(shí) 477tHz+lHz ;等等。
[0060]第一分束器16可分裂出激光束22的一部分(例如，相對(duì)小的部分)，從而產(chǎn)生基準(zhǔn)光束24?；鶞?zhǔn)光束24可被引導(dǎo)至第二分束器18，并且最終被引導(dǎo)至探測(cè)器14。
[0061]激光束22的余量(balance) (S卩，激光束22減去被分裂出的基準(zhǔn)光束24的部分)可投射至目標(biāo)物體20。當(dāng)激光束22碰撞目標(biāo)物體20時(shí)，反向散射可引起目標(biāo)光束26朝向調(diào)制激光測(cè)距器10返回。
[0062]第二分束器18可接收基準(zhǔn)光束24和目標(biāo)光束26。在第一和第二分束器16、18適當(dāng)定向的情況下，目標(biāo)光束26可與基準(zhǔn)光束24平行對(duì)齊，并且可相干疊加至基準(zhǔn)光束24。相干組合的基準(zhǔn)光束和目標(biāo)光束24、26可作為相干組合光束28傳遞到探測(cè)器14?；鶞?zhǔn)光束24可泛射探測(cè)器14。
[0063]如圖3-5所示，在任何給定時(shí)間下，探測(cè)器14處的基準(zhǔn)光束24的頻率(圖3)可不同于探測(cè)器14處的目標(biāo)光束26的頻率(圖4)。圖5所示移位可能由于目標(biāo)光束26和基準(zhǔn)光束24之間的時(shí)間延遲所致，所述時(shí)間延遲是由于目標(biāo)光束26從調(diào)制激光測(cè)距器10至目標(biāo)物體20，然后返回至調(diào)制激光測(cè)距器10的飛行時(shí)間所致。
[0064]因此，如圖6所示，相干組合光束28可產(chǎn)生諧波，其為基準(zhǔn)光束24和目標(biāo)光束26之間的差頻(或者拍頻)。差頻Qbeat可如下表式:
[0065]Wbeat=Q1 - ω2
[0066]其中Q1是基準(zhǔn)光束24的頻率，而ω2是目標(biāo)光束26的頻率。
[0067]差頻可與基準(zhǔn)光束24和目標(biāo)光束26之間的時(shí)間延遲直接成比例?；诓铑l和已知的調(diào)頻速度可以計(jì)算時(shí)間延遲。例如，時(shí)間延遲可等于差頻除以調(diào)頻速度。因?yàn)楣獾乃俣仁且阎?，通過(guò)將時(shí)間延遲乘以光的速度再除以2，可將時(shí)間延遲轉(zhuǎn)換成距離。因此，差頻也可與到目標(biāo)物體20的距離直接成比例。
[0068]探測(cè)器14可接收相干組合光束28并且可基于相干組合光束28的差頻確定到目標(biāo)物體20的距離。探測(cè)器14可探測(cè)相干組合光束28的差頻，而不是基準(zhǔn)光束和目標(biāo)光束
24、26的單個(gè)頻率。探測(cè)器14可采用各種技術(shù)探測(cè)相干組合光束28的差頻。例如，探測(cè)器14可以是光學(xué)探測(cè)器，其經(jīng)配置觀察相干組合光束28的差頻。
[0069]參考圖2，在一個(gè)具體實(shí)施中，探測(cè)器14可包括光電探測(cè)器30、互阻抗放大器32和處理器34。額外的組件(例如，顯示器、存儲(chǔ)器)可以與探測(cè)器14相關(guān)聯(lián)，而不背離本公開(kāi)的范圍。[0070]光電探測(cè)器30可以是響應(yīng)于相干組合光束28產(chǎn)生電子信號(hào)的任何裝置(圖1)。在一個(gè)具體構(gòu)造中，光電探測(cè)器30可以是光電二極管等，并且可以響應(yīng)于入射光子形成自由電子(即，電流)。例如，光電二極管可包括具有p-n結(jié)的硅片。
[0071]探測(cè)器14處的相干組合光束28的強(qiáng)度可以是基準(zhǔn)光束24的頻率ω:和目標(biāo)光束26的頻率ω2的函數(shù)，并且可與以下成比例:
[0072](sin (ω J+sin (ω 2))2
[0073]其等于:
[0074]sin2 (ω J+sin2 (ω 2)+cos (ω 1- ω 2) - cos (ω j+ ω 2)
[0075]因此，由光電探測(cè)器30所產(chǎn)生的電流將在相干組合光束28的差頻下振蕩。
[0076]互阻抗放大器32可被聯(lián)接至光電探測(cè)器30或者以其他方式與光電探測(cè)器30相關(guān)聯(lián)，從而將由光電探測(cè)器30所產(chǎn)生的電流轉(zhuǎn)換成可處理的電壓信號(hào)。因?yàn)橄喔山M合光束28與光電探測(cè)器30相互作用產(chǎn)生自由電子，互阻抗放大器32可產(chǎn)生電壓信號(hào)，其嚴(yán)密地對(duì)應(yīng)于相干組合光束28的差頻，如圖7所示。
[0077]處理器34可以是能夠接收和處理信號(hào)的任何設(shè)備或者系統(tǒng)(例如，包括硬件和軟件的計(jì)算機(jī)處理器)。因此，處理器34可自互阻抗放大器32接收電壓信號(hào)，并且可處理電壓信號(hào)，從而確定相干組合光束28的差頻，并且使用已知調(diào)頻速度確定到目標(biāo)物體20的距離(圖1)。
[0078]可使用各種技術(shù)處理接收自互阻抗放大器32處的電壓信號(hào)，從而確定相干組合光束28的差頻，而不背離本公開(kāi)的范圍。作為一個(gè)例子，處理器34可使用傅里葉變換分析處理接收自互阻抗放大器32的電壓信號(hào)。作為另一個(gè)例子，處理器34可使用頻率-電壓轉(zhuǎn)換器處理接收自互阻抗放大器32的電壓信號(hào)。
[0079]因此，通過(guò)將調(diào)頻激光束22投射至目標(biāo)物體20上以及觀察基準(zhǔn)光束24和自目標(biāo)物體20反射的目標(biāo)光束26之間的差頻，公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器10可確定到目標(biāo)物體20的距離。因?yàn)檎{(diào)頻速度是已知的，可以根據(jù)所觀察的差頻確定到目標(biāo)物體20的距離。
[0080]盡管在圖1中示出僅一個(gè)目標(biāo)物體，但是公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器10可同時(shí)確定到多個(gè)目標(biāo)物體T1、T2、T3的距離，如圖8所示。激光束22視場(chǎng)內(nèi)的每個(gè)目標(biāo)物體T1、T2、T3可將目標(biāo)光束26'、26"、26"'反射回至調(diào)制激光測(cè)距器10。每個(gè)目標(biāo)光束26'、26"、26"'可與基準(zhǔn)光束24相干組合，從而產(chǎn)生被引導(dǎo)至探測(cè)器14的相干組合光束28。探測(cè)器14可觀察相干組合光束28內(nèi)的各種差頻，其彼此疊加，并且可基于多個(gè)差頻確定多個(gè)距離。
[0081]在這一點(diǎn)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白甚至當(dāng)激光束22的視場(chǎng)內(nèi)僅存在一個(gè)目標(biāo)物體時(shí)，連續(xù)和同時(shí)處理多個(gè)目標(biāo)光束26'、26"、26"'—每個(gè)與不同距離的相關(guān)一的能力將是有用的。具體地，同時(shí)處理多個(gè)目標(biāo)光束26'、26"、26"'的能力可促進(jìn)計(jì)算目標(biāo)物體的散射橫截面、目標(biāo)物體的深度和/或目標(biāo)物體的加速度。例如，基于到目標(biāo)物體前緣的距離以及到目標(biāo)物體后緣的距離，可以確定目標(biāo)物體的深度。另外，即使兩個(gè)目標(biāo)處于相同的視線(xiàn)中，兩個(gè)目標(biāo)均可提供能夠由公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器10所探測(cè)的信號(hào)(目標(biāo)光束)，從而允許公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器10在相同視線(xiàn)下看穿目標(biāo)和/或看到多個(gè)目標(biāo)。
[0082]任選地,可以在云臺(tái)機(jī)構(gòu)(pan-tilt mechanism)上安裝所公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器10，如本領(lǐng)域已知的。云臺(tái)機(jī)構(gòu)可控制調(diào)制激光測(cè)距器10的云臺(tái)角度，以便可在目標(biāo)區(qū)域上掃描激光束22 (即，促進(jìn)激光束22的掃描)。當(dāng)探測(cè)目標(biāo)物體20時(shí)，可以確定到目標(biāo)物體20的距離，如上所述。另外，探測(cè)時(shí)的云臺(tái)角度可被用于確定目標(biāo)物體相對(duì)于調(diào)制激光測(cè)距器10的方位角和升運(yùn)角。所測(cè)量的距離、方位角和升運(yùn)角、以及任何其它數(shù)據(jù)如調(diào)制激光測(cè)距器10的位置和速度則可被用于計(jì)算目標(biāo)物體的空間坐標(biāo)(例如，相對(duì)于調(diào)制激光測(cè)距器10的位置)，如本領(lǐng)域已知的。
[0083]參考圖9，公開(kāi)的調(diào)制激光測(cè)距器的另一個(gè)實(shí)施方式一一般被指定為100—可包括激光器102、多個(gè)探測(cè)器104、第一分束器106、第二分束器108以及透鏡110。探測(cè)器104可按陣列103布置，如具有探測(cè)器104的行和列的二維陣列。陣列103的各種構(gòu)造被考慮，并且在本領(lǐng)域任一普通技術(shù)人員的范圍內(nèi)。
[0084]激光器102可投射連續(xù)激光束112。第一分束器106可分裂出激光束112的部分，從而產(chǎn)生基準(zhǔn)光束114，其可以被引導(dǎo)至第二分束器108。第二分束器108可接收基準(zhǔn)光束114，以及從激光束112的路徑內(nèi)的目標(biāo)物體122、124、126反射的目標(biāo)光束116、118、120。目標(biāo)光束116、118、120可與基準(zhǔn)光束114對(duì)齊并且可與基準(zhǔn)光束114相干組合，并且所產(chǎn)生的相干組合光束128可被投射至探測(cè)器104的陣列103上，以便可以觀察各個(gè)差頻。
[0085]陣列103內(nèi)的每個(gè)探測(cè)器104可以是獨(dú)立的，并且可經(jīng)配置以進(jìn)行其自身信號(hào)處理。因此，可以形成數(shù)據(jù)云，其表示在陣列103的每個(gè)探測(cè)器104處所接收的信號(hào)。
[0086]透鏡110可將相干組合光束128聚焦至探測(cè)器104的陣列103上。接收光線(xiàn)的探測(cè)器104和所接收的光線(xiàn)的強(qiáng)度可取決于目標(biāo)物體122、124、126相對(duì)于透鏡110的位置而變化。因此，除了距離測(cè)量之外，使用探測(cè)器104的陣列103還可提供相對(duì)更大的空間分辨率(與僅使用一個(gè)探測(cè)器104相比)。
[0087]參考圖10，同樣公開(kāi)的是用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法，一般被指定為200。方法200可以以產(chǎn)生連續(xù)激光束的步驟在方框202處開(kāi)始，其中以已知調(diào)頻速度調(diào)制激光束的頻率。在方框204處，可從激光束中分裂出基準(zhǔn)光束。在方框206處，激光束可被投射至目標(biāo)物體上，其可導(dǎo)致目標(biāo)光束自目標(biāo)物體被反射。在方框208處，目標(biāo)光束可與基準(zhǔn)光束相干組合，這將確立差頻。在方框210處，可以測(cè)量差頻。最終，在方框212處，可以基于差頻和已知的調(diào)頻速度計(jì)算到目標(biāo)物體的距離。
[0088]盡管已經(jīng)示出和描述了本公開(kāi)調(diào)制激光測(cè)距器的各種實(shí)施方式和方法，但是在閱讀說(shuō)明書(shū)后，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可想到各種變更。本申請(qǐng)包括這種變更并且僅由權(quán)利要求的范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種激光測(cè)距器，其包括: 激光器，其經(jīng)配置將激光束投射至目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自所述目標(biāo)物體反射，其中所述激光束具有頻率，并且其中以已知的調(diào)制速度調(diào)制所述頻率； 第一分束器，其被布置以從所述激光束分裂出基準(zhǔn)光束； 第二分束器，其被布置為接收所述目標(biāo)光束和所述基準(zhǔn)光束，其中所述目標(biāo)光束和所述基準(zhǔn)光束被相干組合，并且其中所述相干組合光束確立差頻；以及探測(cè)器，其經(jīng)配置測(cè)量所述差頻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距器，其中所述探測(cè)器經(jīng)進(jìn)一步配置以基于所述測(cè)量的差頻和所述調(diào)制速度測(cè)量到所述目標(biāo)物體的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距器，其中所述調(diào)制速度是線(xiàn)性的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距器，其中所述基準(zhǔn)光束泛射所述探測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距器，其中所述探測(cè)器包括光電探測(cè)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光測(cè)距器，其中所述光電探測(cè)器在所述差頻下形成電流振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光測(cè)距器，其中所述探測(cè)器進(jìn)一步包括互阻抗放大器，其經(jīng)配置將所述電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光測(cè)距器，其中所述的探測(cè)器進(jìn)一步包括處理器，其經(jīng)配置基于所述電壓信號(hào)確定所述`差頻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距器，其中所述探測(cè)器是光學(xué)探測(cè)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距器，其中所述激光束被連續(xù)投射。
11.一種用于測(cè)量到目標(biāo)物體的距離的方法，所述方法包括以下步驟: 將連續(xù)的激光束投射至所述目標(biāo)物體上，從而引起目標(biāo)光束自所述目標(biāo)物體反射，其中所述激光束具有頻率； 以已知調(diào)制速度調(diào)制所述頻率； 從所述激光束分裂出基準(zhǔn)光束； 相干組合所述目標(biāo)光束與所述基準(zhǔn)光束，其中所述相干組合光束確立差頻； 測(cè)量所述差頻；以及 基于所述測(cè)量的差頻和所述已知的調(diào)制速度，計(jì)算所述距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 確定所述目標(biāo)物體的方位角和升運(yùn)角；以及 基于所述計(jì)算的距離以及所述方位角和升運(yùn)角，計(jì)算所述目標(biāo)物體的空間坐標(biāo)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括掃描所述激光束的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述調(diào)制速度是線(xiàn)性的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述相干組合步驟包括將多個(gè)目標(biāo)光束與所述基準(zhǔn)光束相干組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括計(jì)算所述目標(biāo)物體的深度的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括計(jì)算所述目標(biāo)物體的散射橫截面的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括計(jì)算所述目標(biāo)物體的加速度的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述測(cè)量步驟包括將所述相干組合光束投射至光電探測(cè)器上。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述測(cè)量步驟包括: 產(chǎn)生電壓信號(hào)；以及 分析所述電壓 信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01S17/32GK103792540SQ201310532671
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月31日
【發(fā)明者】D·R·瓊沃思 申請(qǐng)人:波音公司