电子测量方法技术

本发明专利技术提供了一种电子测量方法。根据本发明专利技术，可以提高根据外差接收原理执行的电子测量方法的灵敏度，该电子测量方法具有以下步骤：发射具有至少一个脉冲重复频率的脉冲电磁辐射（ＥＳ）；接收散射回的辐射（ＲＳ），其中将所述散射回的辐射（ＲＳ）转换成接收信号；对所述接收信号进行混频；以及从至少一个输出信号来确定至少一个时间相关参量，这样，在进行混频时，通过将所述接收信号与至少两个脉冲混频信号相混频而给出至少两个输出信号，所述至少两个混频信号彼此相对相移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分所述的基于外差接收原理的、根据权利要求10的前序部分所述的测量装置以及计算机程序产品。
技术介绍
在的领域中，已经公开了各种原理和方法，其中根据外差接收原理，将高频信号通过与混频信号非线性叠加来下变频为低频信号以便于评价。在外差接收机中和零差接收机中都工作有混频器，以便把输入信号转换到另一频率范围。在该情况下，根据接收机类型来应用不同的混频电路，这些混频电路间的差异应予以表现和定性评价。在零差接收的特殊情况下，本机振荡器的混频信号和待测辐射在调制频率方面一致。由非线性混频产生的拍频信号与大小取决于所接收的辐射相对于本机振荡器的相位位置的直流信号相对应。反之在外差原理中，本机振荡器产生在频率方面与所调制的测量信号不同的混频信号。外差原理例如应用在根据相位差原理的测距仪中，在该测距仪中，发射可见或红外范围内的电磁辐射。当然，还公开了与外差接收原理一起用于测距的其他载波。其中一例是雷达技术。在相位测量技术中，使用在从数MHz到数GHz的范围内的重复频率发射调幅光脉冲(通常是正弦波信号或矩形波信号)。另外，作为光源，除了LED以外还可应用具有数mW的峰值功率的常规CW激光二极管。平均发射能量足够高，因此针对要使用相位计测量的距离，激光点在目标上的可见度没有问题。为了测距，把发射信号的相位位置与返回信号的相位位置进行比较。相移与测量距离成正比。将由光电二极管接收到的HF信号放大，并借助于经锁相环(PLL)调节的本机振荡器信号将该HF信号同相地(true tophase)下变频到更低频带。取代采样率在GHz范围内的高频信号采样，可使用低频接收信号非常简单地进行工作。这里，在低频(LF)范围内进行采样和模/数转换在某种程度上更简单、更准确、而且电流消耗更少。在传统的相位计中，仅应用已下变频的低频信号的基波。为了获得充分的测距精度或者绝对测量精度，通常依次测量内部光路(校准距离或基准距离)和外部光路(测量距离)。这样可校准电子装置内的渡越时间的变化。还可借助于两个相同的并行的接收通道来实现对渡越时间变化的校准。在仅具有2个通道的相位计的情况下可进行准确测距。这种相位计的优点特别是在于设计简单、以低频级进行测量以及能获得可靠的束源。而该相位计的一大缺点是其针对发射通道和接收通道之间的光学或电子串扰的抑制不充分而易出现故障，另一缺点是其检测灵敏度通常很低。相反，根据脉冲原理的渡越时间测距仪不具有这些缺点，然而其测距精度经常太不准确，而无法用于大地测量，特别是在要求亚毫米精度的情况下。在渡越时间测距仪的情况下，同样也发射光脉冲，其中利用适当的光学措施将该光脉冲分为，使得一部分通过内部光路(校准距离)直接导到接收机，而该光的剩余部分通过外部光路从仪器发出。在该情况下，该光脉冲是强度曲线具有峰值的脉冲信号。在该情况下，该峰值或者其位置原则上定义用于推导信号渡越时间的时间相关基准参量，该时间相关基准参量可在进行适当求解和评价的情况下来确定。光脉冲的外部部分照射到位于一定距离(即，待测距离(＝测量距离))远的目标上，并从那里反射回，通过适当的光学系统导到同一接收机，其中该接收机合适地是具有后置电路放大器的光电二极管。通过内部光路所导行的光脉冲在接收机中产生基准脉冲，该基准脉冲在以下被称为起始脉冲。通过外部光路(测量距离)所导行的光脉冲在接收机中产生所谓的测量脉冲，该测量脉冲在以下被称为停止脉冲。由于内部光路的长度和外部光路的长度不同，因而两个光脉冲在不同时间到达接收机。在起始脉冲和停止脉冲之间的时间差被定义为渡越时间，并与内部光路和外部光路的长度差成正比。待测的时间差非常小，即，必须极其准确地确定该时间差，以便达到适于可使用的测距系统的毫米或亚毫米的大地测量精度。该脉冲测距仪的缺点在于，该装置用于时间测量是非常复杂的。为了确定渡越时间，通常使接收信号数字化，为此需要采样率在GHz范围内的非常复杂的高频电子电路。在脉冲测距仪的情况下进行渡越时间测量的复杂性可通过使用外差原理而得以大大简化。在该情况下，例如由经PLL调节的本机振荡器利用略微不同的频率而产生的HF脉冲信号与接收脉冲串倍增叠加。与相位计的情况不同，在该方法中，所有谐波都一起使用。在该情况下，在低频范围内产生高频起始脉冲和停止脉冲的时间膨胀图像。对合适的时间膨胀(time dilation)的因子的选择分别取决于发射机的脉冲频率。例如在1MHz的脉冲频率下，1MHz/(1MHz/128)＝128的膨胀因子就足够了，而在100MHz的脉冲频率下，则需要在500MHz(1MHz/128)＝64000范围内的膨胀因子。可借助于低频采样(≤1MHz)容易地测量经时间膨胀和低通滤波后的输出信号的起始脉冲和停止脉冲间的间距；该间距与待确定的测量距离成正比。然而，该方法具有以下缺点，即，即使在评价低频转换后的接收信号的谐波的情况下，由于接收信号(起始脉冲和停止脉冲)的时间膨胀也会损失原始高频信号内存在的时间信息或距离信息的大部分。在该情况下，如果高频接收脉冲的最高谐波的每周期不存在至少两个采样脉冲，则将违反奈奎斯特(Nyquist)准则。这种损失源自外差原理，在该外差原理中，与在子采样系统中相似，有时高频接收脉冲不遇到混频脉冲(＝采样脉冲)。因为这些高频接收脉冲的渡越时间信息落入混频器间隙内，所以该信息不由外差时间转换或频率转换来决定，因此对低频信号没有贡献。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种精度提高的用于确定渡越时间的测量方法或测量装置。本专利技术的另一目的是提供一种信号灵敏度提高的用于确定渡越时间的测量方法或测量装置。本专利技术的又一目的是改善在根据零差原理或外差原理接收信号时对信号信息的使用。这些目的是分别通过权利要求1和10或者从属权利要求的主题来实现的，或者借此进一步发展这些解决方案。本专利技术不仅提供一种新颖的根据外差接收原理的，而且提供一种具有多个混频器的对应的测量装置。根据本专利技术的测量方法和测量装置不限于下面纯粹是以示例的方式描述的以光辐射作为载波的外差接收的变型例。例如也能根据本专利技术采用无线电波、微波、亚毫米波波段内的载波。根据本专利技术的原理是通过以下方式来补偿在外差接收时的信号信息的损失将高频接收脉冲与多个相移混频脉冲信号并行地同时下变频为多个单独的低频信号，其中可将这些低频信号同相相互累加或组合而合并成单个接收信号。由于在该并行混频器系统中噪音和脉冲都不相关，因而信/噪比与混频通道数一起得到改善。在这一点上，同相组合意味着用于集合的相移正好对应于相对应的混频信号的相移。就这点而言，在其他混频信号的采样值之间进行采样值的同相插入。作为混频信号可应用例如由经PLL调节的本机振荡器所产生的高频脉冲信号。不同相位的混频信号的最佳数M取决于高频发送信号(特别是最高频率为F1＝1/Ti的发送信号)的脉冲持续时间和脉冲周期T1。混频信号的最大数M对应于脉冲周期对脉宽(脉冲持续时间)的商的两倍。这些出现在混频通道的输出处的多个低频信号现可进行同相相互累加或者数字组合。因此，该原理基于使用两个或多个模拟采样器进行子采样，这些模拟采样器相互间相移并实现信息获取。附图说明下面参照在附图中示意性地示出的实施例，仅通过示例的方式来更详细地描述或者解释本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外差接收原理的电子测量方法，该电子测量方法具有以下步骤：　　　　发射具有至少一个脉冲重复频率的脉冲电磁辐射（ＥＳ），特别是光；　　　　接收散射回的辐射（ＲＳ），其中将所述散射回的辐射（ＲＳ）转换成接收信号（１７）；　　　　将所述接收信号（１７）与至少一个脉冲混频信号（１８）相混频，用于产生频率低于所述脉冲重复频率的至少一个输出信号；以及　　　　从所述至少一个输出信号（１９）来确定至少一个时间相关参量，　　　　所述电子测量方法的特征在于，在进行混频时，通过将所述接收信号（１７）与至少两个脉冲混频信号（１８）相混频来对其进行下变频从而给出至少两个输出信号（１９），其中所述至少两个混频信号（１８）彼此相对相移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗本茨，于尔格欣德林，马丁德朗格，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]