[发明专利]针对动态目标的绝对距离测量

说明书

针对动态目标的绝对距离测量，本发明涉及用于确定至以相对于测距仪的径向运动速度运动的目标的绝对距离的测量方法和测距仪，其中，向目标发出经调制的发射光束，并且检测测量信号，从而基于与设定的基础调制相关的接收光束调制相位，该测量信号通过该测量信号的频率相关信号曲线的至少一个参考点带有与至目标的绝对距离相关的信息，其中，针对设定的基础调制频率，推导出该频率值相对于该测量信号的信号曲线的参考点(尤其是最小值点)的偏差，即相对于参考点的频率偏移和偏移方向。

技术领域

本发明涉及一种用于确定至以相对于测距仪的径向运动速度运动的目标的绝对距离的测量方法和测距仪。

背景技术

为了高分辨率距离测量，例如采用迄今越来越标准化的激光干涉仪。在此，准直激光射线从测量仪射向反光目标。发出的光束被目标反射并且与测量仪中所接收到的光束重叠。当距离变化时，重叠光束的强度根据两个光束的干涉而变化。因此，基于激光的波长和检测到的并用计数器计数的强度变化的数量，可以确定至目标的相对距离变化。从已知的参考值(即开始位置上的绝对距离)起，因而也可以确定距其它位置的绝对距离。

但这种用于确定相对距离的方法要求测量仪与目标之间的光束不被中断。如果中断了，则在中断期间无法再检测距离变化，并且测量仪与目标之间的绝对距离不再是已知的，并因此必须用其它手段来重新进行确定或校准。

为了测量绝对距离，已知各种不同方法，例如基于所谓的菲佐(Fizeau)齿轮法原理的各种不同变型。在此，最初通过齿轮周期性中断激光射线，接着将其发射至反射镜，并最后在齿轮处第二次周期性中断激光射线。在返回光束消光的情况下，可以根据齿轮转速通过与齿轮齿直至下一齿槽的渡越时间(Laufzeit)的比较来确定其渡越时间。

当前，代替齿轮，例如采用光电晶体作为调制器。在此，测量光束不再被周期性中断，而是通过调制器被调制。在调制时，例如发射光束的偏振和/或强度和/或频率被调制，其中，基于返回的发射光束的调制相位可以推导出至目标的绝对距离。

例如，借助经调制的发射光束的至少一部分的调制/解调以及从目标返回的发射光束的一部分的调制/解调如此检测测量信号，即，测量信号的光强度根据反射镜距离和调制频率而周期性变化。如果人们例如在所限定的频率范围内连续提高调制频率，则在利用强度检测器进行同步记录时形成调制频率的波长间距的等距最小值。各最小值的出现此时是基于以下事实，在每个时刻的各最小值处都恰好有整数个调制波长处于调制器与目标之间的双倍测量距离上。因此，测量距离基本上通过两个最小值相对于彼此在频率上的距离来给出。

如果例如一个最小值位于第一频率，则在双倍测量距离中获得整数的第一频率波长。如果现在继续提高调制频率，则在双倍测量距离中的第二频率的下一个相邻最小值处恰好获得高出第二频率的波长。因为要在两个频率情况下测量同一距离，因此现在可以通过至少两个最小值(最小值的频率相关位置)的测定来求出至目标的绝对距离。

对于高测量精度(如小于100微米、尤其小于1微米的精度)的获得，各最小值的确定因为测量路径中的大气湍流和折射系数的变化变得困难。但大气波动例如可能通过与参考信号的关联来补偿，例如在采用用于(基础)调制频率的附加频率调制(频摆)的频摆发生器的情况下和采用用于调制信号检测的锁定同步放大器的情况下。

现有技术的测量仪此时例如利用关联的正负符号来确定相对于最小值的偏移方向，即确定当前设定的基础调制频率是否低于或高于最小值点的频率。此外，在趋势上确实也可以通过所述关联的值预测相对于最小值位置的模糊频率相关距离(偏移)。但是，相对于最小值点的偏移的准确预测因各种因素而实际上无法实现，例如所使用的反射镜类型、反射镜的脏污和倾斜、瞄准精度、至目标的距离、激光器功率或空气阻尼。

在静态情况下，即对于具有固定距离的目标来说，最小值点例如可以借助迭代近似(借助偏移方向)来确定，在大多数情况下，相对于最小值点的偏移不直接源于所述关联并不重要。距离测量需要更长的时间。