测距校准方法、装置和测量系统与流程

本发明涉及光电测距技术领域，特别是涉及一种测距校准方法和装置。

背景技术

激光测距在激光雷达，建筑施工、工业传感器等领域广泛应用。激光测距仪器对测量精度要求很高，因此其电路的复杂程度与精密器件的需求也大大提高。环境因素如温度以及器件使用寿命对器件性能的影响进而导致器件产生的相位漂移，不可忽视。

以相位式测量为例，传统地，采用内外光路的相位差补偿原理消除电路系统的附加相移。通常采用一个可控制的机械装置实现内光路和外光路的切换，通过计算切换前后内、外光路的相位值进行相位校正。采用物理机械开关来切换内光路与外光路，不仅收发结构复杂，且切换时间长。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种测距校准方法、装置和测量系统，可以简化装置的结构，减少测量时间。

一种测距校准方法，包括：

产生第一电信号和第二电信号；

分时对所述第一电信号进行处理，其中，在第一周期内将所述第一电信号转换成光信号并输出；在第二周期内直接输出所述第一电信号；

根据所述光信号、所述第二电信号形成第一混频信号以及根据所述第一电信号、第二电信号形成第二混频信号；

对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行处理以输出测量距离。

一种测距校准装置，包括：

信号产生模块，用于产生第一电信号和第二电信号；

信号发射模块，与所述信号产生模块连接，用于分时对所述第一电信号进行处理，其中，在第一周期内将所述第一电信号转换成光信号并输出；在第二周期内直接输出所述第一电信号；

信号接收模块，分别与所述信号产生模块、信号发射模块连接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述光信号，并根据所述光信号、所述第二电信号形成第一混频信号以及根据所述第一电信号、第二电信号形成第二混频信号；

信号处理模块，与所述信号接收模块连接，用于对接收的所述第一混频信号和所述第二混频信号进行处理以输出测量距离。

在一个实施例中，所述信号发射模块包括驱动单元、控制单元和发光单元；其中，

所述驱动单元分别与所述信号产生模块、所述控制单元连接，所述控制单元分别与所述发光单元、所述信号接收模块连接；用于接收所述第一电信号，并控制所述第一电信号选择输出至所述发光单元或所述信号接收模块；当所述控制单元与所述发光单元导通时，所述驱动单元驱动所述发光单元发光。

所述发光单元，与所述信号接收模块连接，用于将所述第一电信号转换成光信号并输出至所述信号接收模块。

在一个实施例中，信号发射模块还包括补偿单元，补偿单元与控制单元连接，用于补偿所述第一混频信号和所述第二混频信号在所述测距校准装置内部产生的相位延迟或时间延迟在测距校准装置内部产生的相位延迟或时间延迟。

在一个实施例中，接收模块包括光电转换单元和混频单元，其中，

光电转换单元，用于将光信号转换成第三电信号；

混频单元，分别与光电转换单元、信号产生模块连接，用于对第二电信号、第三电信号进行混频以形成第一混频信号；还用于根据第一电信号、第二电信号进行混频以形成第二混频信号。

在一个实施例中，接收模块还包括合成单元，合成单元分别与信号产生模块和混频单元连接，用于对第一电信号与第二电信号进行合成，并将合成后的信号输出至混频单元。

在一个实施例中，信号处理模块包括：

滤波放大单元，与信号接收模块连接，用于对第一混频信号、第二混频信号进行滤波放大处理；

分析单元，与滤波放大单元连接，对滤波放大后的第一混频信号、第二混频信号进行鉴相或鉴时分析，以输出第一混频信号与第二混频信号的相位差或时间差。

信号处理单元，与分析单元连接，用于对接收到的相位差或时间差进行处理，以输出测量距离。

在一个实施例中，所述第一电信号和所述第二电信号均为连续信号或；或，所述第一电信号和所述第二电信号均为脉冲信号。

在一个实施例中，若所述第一电信号和所述第二电信号均为连续信号，则所述分析单元为鉴相器；若所述第一电信号和所述第二电信号均为脉冲信号，则所述分析单元为鉴时器。

在一个实施例中，装置还包括偏置电路，偏置电路与光电转换单元连接，用于调节光电转换单元的光电转换增益。

本申请实施例还提供一种测量系统，包括权利要求2-9任一项所述的测距校准装置。

上述测距校准方法和装置，所述装置包括：信号产生模块，用于产生第一电信号和第二电信号；信号发射模块，与所述信号产生模块连接，用于分时对所述第一电信号进行处理，其中，在第一周期内将所述第一电信号转换成光信号并输出；在第二周期内直接输出所述第一电信号；信号接收模块，分别与所述信号产生模块、信号发射模块连接，用于接收所述第一电信号、所述第二电信号、所述光信号，并根据所述光信号、所述第二电信号形成第一混频信号以及根据所述第一电信号、第二电信号形成第二混频信号；信号处理模块，与所述信号接收模块连接，用于对接收的所述第一混频信号和所述第二混频信号进行处理以输出测量距离。该装置通过使信号发射模块分时输出光信号和电信号来校正相位差或时间差，可以简化装置的结构，减少测量时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中提供的测距校准方法的流程图；

图2为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之一；

图3为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之二；

图4为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之三；

图5为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之四；

图6为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之五；

图7为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之六；

图8为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之七。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为一个实施例中提供的测距校准方法的流程图。如图1所示，测距校准方法包括步骤110至步骤140。

步骤110，产生第一电信号和第二电信号.

步骤120，分时对所述第一电信号进行处理，其中，在第一周期内将所述第一电信号转换成光信号并输出；在第二周期内直接输出所述第一电信号。

步骤130，根据所述光信号、所述第二电信号形成第一混频信号以及根据所述第一电信号、第二电信号形成第二混频信号。

步骤140，对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行处理以输出测量距离。

上述测距校准方法，包括：产生第一电信号和第二电信号；分时对所述第一电信号进行处理，其中，在第一周期内将所述第一电信号转换成光信号并输出；在第二周期内直接输出所述第一电信号；根据所述光信号、所述第二电信号形成第一混频信号以及根据所述第一电信号、第二电信号形成第二混频信号；对所述第一混频信号和所述第二混频信号进行处理以输出测量距离。该测距校准方法，通过分时输出光信号和电信号来校正相位差或时间差，可以简化装置的结构，减少测量时间。

图2为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之一。如图2所示，一种测距校准装置，包括信号产生模块10，用于产生第一电信号和第二电信号。在一个实施例中，第一电信号可以为连续信号，例如可以是正弦信号、余弦信号等，信号产生模块10可以是振荡器、锁相环(phaselockedloop，pll)、直接数字式频率合成器(directdigitalsynthesizer，dds)以及其他产生同频且具有固定相位差的信号产生模块10。

第二电信号是与第一电信号有固定频率差的电信号，第二电信号为连续信号。第一电信号为连续信号时，采用相位测距原理进行测距。

在一个实施例中，第一电信号可以为脉冲信号，信号产生模块10可以是脉冲发生装置以及其他与触发脉冲具有固定时间差的信号产生模块10。第一电信号可为脉冲信号时，采用脉冲测距原理进行测距。

信号发射模块20，与信号产生模块10连接，用于在第一周期将第一电信号转换成光信号；在第二周期将第一电信号直接输出。信号接收模块30，分别与信号产生模块10、信号发射模块20连接，用于接收第一电信号、第二电信号、光信号，并根据光信号、第二电信号形成第一混频信号，根据第一电信号、第二电信号形成第二混频信号。

信号发射模块20接收信号产生模块10产生的第一电信号，在第一周期将第一电信号转化为光信号，光信号发射至被测目标物体，经被测目标物体反射至信号接收模块30，信号接收模块30将光信号与第二电信号进行混频处理得到第一混频信号。信号发射模块20在第二周期将第一电信号直接输出到信号接收模块30，信号接收模块30将第一电信号与第二电信号进行混频处理得到第二混频信号。第二混频信号没有经过光路部分，也没有将信号发射至被测目标物体，只经过了信号发射模块20的内部，因此简化了测距校准结构，减小了体积。

第一周期和第二周期的顺序不做限制，信号发射模块20可以首先将接收到的第一电信号转化为光信号输出，再将接收到的第一电信号直接进行输出；也可以首先将接收到的第一电信号直接进行输出，再将接收到的第一电信号转化为光信号输出。信号接收模块30可以首先形成第一混频信号，再形成第二混频信号；也可以首先形成第二混频信号，再形成第一混频信号。

信号处理模块40，与信号接收模块30连接，用于对接收的第一混频信号和第二混频信号进行处理以输出测量距离。

上述测距校准装置，包括：信号产生模块10，用于产生第一电信号和第二电信号；信号发射模块20，与信号产生模块10连接，用于在第一时间将第一电信号转换成光信号；在第二时间将第一电信号直接输出；信号接收模块30，分别与信号产生模块10、信号发射模块20连接，用于接收第一电信号、第二电信号、光信号，并根据光信号、第二电信号形成第一混频信号，根据第一电信号、第二电信号形成第二混频信号；信号处理模块40，与信号接收模块30连接，用于对接收的第一混频信号和第一混频信号进行处理以输出测量距离。该测距校准装置，通过使信号发射模块20分时输出光信号和电信号以消除在信号发射模块20内部产生的误差，可以简化装置的结构，减少测量时间。

在一个实施例中，第一电信号经过第一通路形成第一混频信号，第一电信号经过第二通路形成第二混频信号。

在一个实施例中，信号发射模块还包括补偿单元，补偿单元与控制单元连接，用于补偿所述第一混频信号和所述第二混频信号在测距校准装置内部产生的相位延迟或时间延迟。

通过设置补偿单元，可以保证在第一通路和第二通路中电路保持对称和平衡，在第一通路和第二通路中，由装置内部电子线路在传输信号过程中所产生的误差相等，从而可以使第一通路和第二通路产生的误差相互抵消，提高测量精度。

本申请实施例提供的测距校准装置的工作原理，简述如下：基于相位测量法：设第一通路和第二通路的信号经过光路传输所滞后的相位差各为θ1和θ2，经过测距校准装置内部的电子线路传输所滞后的附加相移各为和则第一混频信号和第二混频信号在分析单元402中的分析结果为：

由于随测量装置的工作状态而变化，无法通过精确计算求解，因此，通过计算在第一通路的第一混频信号，以及第二通路的第二混频信号的相位差可以消除测量装置所产生的误差，即：

在测距时，交替使用第一通路、第二通路进行测相，在交替过程的短时间内，可以认为附加相移没有变化，即则本申请实施例中，由于第二通路没有经过光路，因此，θ2＝0，则以上结果已经消除了附加相移不稳定的影响，从而保证了测距的精度，而且省去了第二通路中的光路部分，使装置的收发结构更简单，体积最小。

在一个实施例中，基于脉冲测量法：设第一通路和第二通路的信号经过光路传输所滞后的时间差各为t1和t2，经过测距校准装置内部的电子线路传输所滞后的附加时间各为和则第一混频信号和第二混频信号在分析单元402中的分析结果为：

由于随测量装置的工作状态而变化，无法通过精确计算求解，因此，通过计算在第一通路的第一混频信号，以及第二通路的第二混频信号的时间差可以消除测量装置所产生的误差，即：

在测距时，分时切换第一通路、第二通路进行测量时间差，在切换过程的短时间内，可以认为附加时间差没有变化，即则本申请实施例中，由于第二通路没有经过光路，因此，t2＝0，则以上结果已经消除了附加时间差不稳定的影响，从而保证了测距的精度，而且省去了第二通路中的光路部分，使装置的收发结构更简单，体积最小。

图3为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之二。如图3所示，信号发射模块20包括驱动单元201、控制单元202和发光单元203；其中，

驱动单元201分别与信号产生模块10、控制单元202连接，控制单元202分别与发光单元203、信号接收模块30连接；用于接收所述第一电信号，并控制所述第一电信号选择输出至发光单元203或信号接收模块30；当控制单元202与发光单元203导通时，驱动单元201驱动发光单元203发光。

发光单元203与信号接收模块30连接，用于将所述第一电信号转换成光信号并输出至所述信号接收模块30。

在一个实施例中，控制单元可以包括控制电路和开关(图中未示出)，控制电路与开关连接，用于控制开关的断开或导通；当开关与发光单元导通时，驱动单元驱动发光单元发光。

开关至少包含一个具有开关特性的器件，例如可以是模拟开关、三极管、场效应管、继电器等。

所述开关包括第一开关和第二开关，其中，第一开关用于导通驱动单元201与发光单元203，第二开关用于导通驱动单元201与信号接收模块30。控制单元202在第一周期控制第一开关导通，第二开关断开，将第一电信号发送至发光单元203，将第一电信号转换为光信号；在第二周期控制第一开关断开，第二开关导通，将第一电信号发送至信号接收模块30。

发光单元203可以为激光二极管、led等发光器件，可以将电信号转化为光信号。

图4为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之三。如图4所示，接收模块包括光电转换单元301和混频单元302，其中，

光电转换单元301，用于将光信号转换成第三电信号；

混频单元302，分别与光电转换单元301、信号产生模块10连接，用于对第二电信号、第三电信号进行混频以形成第一混频信号；还用于根据第一电信号、第二电信号进行混频以形成第二混频信号。

在一个实施例中，混频单元302可以输出信号频率等于两个输入信号的频率之和、差或为两者其他组合的电路。例如，输入信号的频率分别为f1和f2，经过混频单元302后，输出的信号可以是f1+f2、f1-f2或f1+kf2，其中，k为任意自然数。混频单元302至少包含一个具有混频功能的器件，例如可以是二极管、三极管、混频芯片等。

在一个实施例中，如图5所示，光电转换单元301和混频单元302由一个器件光电转换混频单元完成，例如可以是雪崩二极管，光电转换混频单元可以对接收到的信号进行光电转换并完成混频。

在一个实施例中，接收模块还包括合成单元(图中未示出)，合成单元分别与信号产生模块和混频单元连接，用于对第一电信号与第二电信号进行合成，并将合成后的信号输出至混频单元。

所述合成单元至少包含一个能够组成求和电路的器件，例如可以是三极管、运算放大器等。在信号进行混频处理之前进行合成，可以有效地将多个输入信号进行隔离，防止互相干扰。

图6为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之五。如图6所示，该实施例提供的测距校准装置对应的是脉冲测距校准装置。所述光电混频单元将接收到的所述光信号和所述第一电信号同时进行处理，具体为，光电混频单元将光信号转换成第三电信号，并将所述第三电信号与所述第一电信号进行混频处理后，输出至信号处理模块40。可以理解的是，对所述第三电信号与所述第一电信号进行混频处理可以仅对所述第三电信号与所述第一电信号进行合成处理。

图7为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之六。如图7所示，信号处理模块40包括：

滤波放大单元401，与信号接收模块30连接，用于对第一混频信号、第二混频信号进行滤波放大处理。

分析单元402，与滤波放大单元401连接，对滤波放大后的第一混频信号、第二混频信号进行鉴相或鉴时分析，以输出第一混频信号与第二混频信号的相位差或时间差。

信号处理单元403，与分析单元402连接，用于对接收到的相位差或时间差进行处理，以输出测量距离。

滤波放大单元401对接收到的信号进行滤波处理，以滤除信号中的高频和/或低频信号，并对滤波后的信号进行放大处理。滤波放大单元401可以由滤波器件和放大器件组成，也可以是集成在一起同时具有滤波和放大功能的器件。

在一个实施例中，若第一电信号和第二电信号均为连续信号，则分析单元402为鉴相器，其中信号处理模块30中的鉴相器是使输出信号与第一混频信号和第二混频信号之间的相位差有确定关系的电路；若第一电信号和第二电信号均为脉冲信号，则分析单元402为鉴时器，其中，鉴时器是使输出信号与第一混频信号和第二混频信号之间的时间差有确定关系的电路。

信号处理单元403根据相位差或时间差计算出测量距离。当信号处理单元403接收到相位差时，可以根据公式计算出测量距离，其中f为信号的频率，为相位差，c为光速。当接收到时间差时，根据公式计算出测量距离，其中c为光速，为时间差。

在一个实施例中，光电转换单元301可为雪崩二极管、光电二极管、光电三极管或光电倍增管。

在一个实施例中，该装置还包括偏置电路，偏置电路与光电转换单元连接，用于调节光电转换单元光电转换的增益。由于第二混频信号的形成并没有经过光路，因此光电转换单元只能接收到一路信号，偏置电路可以独立调节光电转换单元光电转换的增益，不影响其他信号，扩大了调节范围。

图8为一个实施例中提供的测距校准装置的结构示意图之七。如图8所示，比较输入第一混频信号和第二混频信号的相位差或时间差来获取测量距离。通过第一混频信号和第二混频信号的相位差或时间差补偿原理消除环境因素如系统内部元器件的温度等带来的测量误差，从而提高测量的精度。

本申请实施例中，在补偿单元的作用下，第一混频信号与第二混频信号在形成过程中所经过的电子线路几乎相同，从而可以更好地消除外界环境所带来的误差，补偿效果更好，测量结果更加精确。

本申请实施例还提供一种测量系统，包括权利要求2-9任一项所述的测距校准装置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。