CN101326448A - 可实现多目标的相位模糊度解算方法 - Google Patents

Abstract

为了根据相位测量原理求得距离信息，向两个或多个物体发射特别是被调制的波长为λ_i的至少两个信号，又接收到其反射信号，并且求出相关相位φ_i并将其分解为指派给J物体的单个物体相位φ_ij。为了解算相位模糊度，至少一个物体位于其中的模糊度间隔被分割成具有规定宽度的单元(5)，每个单元(5)被指派了一个计数器读数和距离。对于可能被指派了物体距离的单元，进行计数器读数的递增，其中，针对周期性顺序变量和所有相位执行该递增。根据计数器读数的分布确定所述至少两个物体的绝对相位或真实物体距离D_j。

Description

可实现多目标的相位模糊度解算方法

技术领域

本发明涉及如权利要求1所述的可实现多目标的相位模糊度解算方法，和根据权利要求16所述的计算机程序产品和测距仪。

背景技术

在非接触的距离测量技术领域，已知例如在如下教科书中描述的各种测量原理和测量方法：“J.M.Rüeger：Electronic Distance Measurement，4th Edition(电子距离测量，第四版)；Springer，Berlin，1996”和“R.Joeckel&M.Stober：Elektronische Entfernungs-und Richtungsmessung[ElectronicDistance and Direction Measurement]，4th Edition(电子距离和方向测量，第四版)；Verlag Konrad Wittwer，Suttgart，1999”。商业上可获得的电子光学测距仪主要根据相位测量或者脉冲传输时间测量的原理来操作；例如，在Joeckel&Stober所著教科书中第13章所述。

这些设备的操作模式包括：向要测量的目标发射调制的电磁辐射，例如强度调制光；接着从反向散射物体接收一个或者多个回波，理想情况下要测量的目标仅包括所述反向散射物体。所接收的回波的信号评估是实现了多种解决方案的、具体地利用了光学系统的标准技术任务。

相位测量系统必须解决相位模糊度的问题。通过相位计测量的相位或者相移是非单义的，这是因为相差整数倍波长的距离导致测量出恒等的相位。为了解算所述相位模糊度，通常使用在不同载波波长上的多次测量。然后通过测量的相移确定距离。

对于许多应用，特别是大地测量学和建筑业，近年来越来越多地出现装有根据相位测量原理无需反射镜即可进行测量的测距仪的视距仪(tacheometer)或者其他设备。

无反射镜的距离测量常常出现测距仪发出的测量光束同时射到并不总是测量目标物体的多个物体。例如，这会在边缘测量时发生；如果对其进行测量，则部分光束射到要测量的、带有边缘的目标物体上，而另一部分光束照射到位于后面的物体或者地板上。另一个例子是回射器(retroreflector)，其位于弱反射目标物体的附近并使散射光导向到测距仪的接收器中。类似的情况还发生在光束无意地并且也通常未察觉地射到实际测量物体和仪器之间的物体时，例如在穿过窗户玻璃、树枝或者铁丝栅栏(wire fence)进行距离测量时。

在这种多目标的情况中，输出单个距离的传统相位计通常会给出错误的测量，即给出具有远大于规定测量精度的误差的距离测量值。如果这些目标相互离得足够远，或者传输的脉冲具有足够短的时间跨距使得能够探测到并且分开其回波，传输计时器就能够更容易识别和处理多目标情况。

尽管传输计时器具有优点，但是大多数常用视距仪都装有相位计，因为只有这种方式才能以合理的开销实现为现场应用所能接受的毫米级甚至亚毫米级的所需距离测量精度。如果其相位计具有多目标的能力，则这些设备的可靠性将大大提高。

因此，WO 2004/074773或者EP 1450128披露了一种用于求出大地测量距离信息的多目标混合系统，其中将光信号向一个或者多个目标发射。将诸如发射器和接收器的设备组件与目标一起建模作为通过信号激发的线性时不变系统，并且记录其系统响应。与单纯的传输计时器或者相位计不同，既通过与时间相关的偏移又通过系统响应的信号形状求得距离信息。

US 4,537,502披露了借助发射具有多个离散频率的辐射以对单个目标进行距离确定的方法。针对目标所反射的辐射确定相移。将相关测量的模糊度间隔分成表示距离和具有相应计数的单元，并且递增对应相移模糊度的单元的计数。基于具有最高计数器读数的单元，确定针对单个目标要测量的距离。

在申请号为05107764.2的欧洲专利申请或者申请号为PCT/EP2006/008184的PCT申请中，描述了根据单纯相位测量原理的多目标距离测量方法，其通过在不同时间发射周期性信号并且对接收的信号进行采样，以同时确定到多个目标的距离。在此，解决了基于数学信号模型的统计参数估计问题，使得可以指定目标数量大于一个的目标或者原则上由该方法确定目标的数量。在该申请中，还描述了将接收的信号分解成可以指派给各自目标的单个相的方法。然而，该距离测量方法非常复杂并且基于具有大维数的参数估计问题或者优化问题的求解方案。

因此，现在为止已知的所有距离测量原理都有明显的缺点，即，对于相位计来说在技术上没有实现多目标能力或者借助巨大开销(例如通过混合系统)才实现多目标能力或者不良的运行时间特性或者算法的复杂性，在这里，只有相位计能够借助合理的开销提供许多应用所要求的精度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种更快的或简化的可实现多目标的用于解算相位模糊度或者用于相位测量的方法。

本发明的另一目的是提供一种对于测量的相位值中的噪声和测量误差具有非常好的鲁棒性的测量方法。

本发明的另一目的是在多目标的情况下能够对相位模糊度进行准确解算，其中不需要将测量的相位值指派给单个目标。在此，该分析具体地还具有良好的传输时间特性。

根据本发明分别通过权利要求1和16的主题、或者从属权利要求、来实现这些目的或者进一步开发解决方案。

为了距离测量而生成承载信号的辐射，并且沿着要考察其距离的目标物体的方向发射辐射。可使用的承载信号的辐射例如可以是诸如激光的电磁辐射，但是根据本发明的方法，也适于例如声波的机械波。接收通过电子学地处理和分析由目标物体散射回来的辐射或者波。对于电磁辐射，波长可以是可见范围内也可以是在可见范围之外，例如在雷达范围。

本发明的方法可以确定M个(可能是顺序布置的)目标的距离，原则上M没有上限，方法是：以任意方式确定的相位值

对应J个不同波长λ_j，1≤j≤J，并且相位值不是必需指派给单个目标，例如，

并非必然对应于目标i，其中i＝1...M。

对于到目标i(i＝1..M)的距离Ri和正确指派给该目标的相位值

之间的关系，遵循下式：

其中有未知整数值N_ij和由相位

的测量误差或者求得所述相位

的量的测量误差带来的未知噪声量ε_ij。R_i前的系数2考虑了信号从传感器到目标所经过的路径以及反射后又返回到传感器所经过的同一路径。

下面，仅以电磁辐射为例解释该方法。在此，在产生辐射过程之中或之后用至少两个波长λj调制要发射的辐射。如果目标物体位于超过了用于调制的最长波长的距离之外，就不能仅仅根据测量单个相位

来唯一地确定距离，这是因为作为距离等效的绝对相位仅可确定波长倍数的距离。

为了解决这种相位模糊度，通过将模糊度间隔分成规定宽度的单元来离散处理可能的或者预期的模糊度间隔。可以简单地将模糊度间隔设定为最大可测量距离或者可以通过预先测量或者估计来限定模糊度间隔。

可以将单元的宽度例如选作为取决于预定测量精度的函数。而且，将计数器指派给每个单元。测量的相位

的相位模糊度的算法解算这样实现，即更改指派了距离

的单元的计数器的计数器读数。在最简单的情况下，计数器每次加1或者从规定的初始值减1。自然数 $N\∈N$ 描述相位测量的模糊度(即相位周期)，于是使得N值逐步增加并且改变各自指派的单元的计数器。因此，距离

和指派的单元代表到目标物体的、可能是针对各自的测量相位的距离或者指派的绝对相位。

相位值可能与任意周期信号相关联，例如，具体地为调制的电磁波、声波、水波或者不同直径的轮胎。

对于所有相移进而对于所有波长，可以实现包括针对作为周期性的控制变量的所有适当的 $N\∈N$ 而进行的计数器的逐步增加的步骤。作为结果，可以得到单元中计数器读数的分布。然后根据分布的最大值或者最高的计数器读数，确定到所述至少一个目标的距离和/或对于所考虑的波长λ_j相应的绝对相。

可以以各种形式实现所述单元在数据结构形式上的表达。由于只在部分单元中生成不同于0的计数器读数，例如，除了域(field)的数据结构，还可以使用二叉搜索树(binary search tree)或者哈希表。

如果要实现同时对多个目标的距离测量，则该情况成为多目标情况，在该情况中不再存在给目标指派单个相位，并且接收器会接收到从不同目标物体反射的混合的单个相位，使得需要从测量的多个相位中再次提取单个相位作为测量相位。例如，如果至少分析接收信号中第二谐波振幅分量，可以根据Carathéodory定理将所述的测量相位矢量分解成单个相位。如在申请号为05107764.2的欧洲专利申请中所述，这种单目标相位分解可以直接使用根据本发明的方法，以解算相位模糊度。

无论是否存在这种向目标进行的相位指派，都可以按照与单目标情况中相同的方法来实施根据本发明的方法。

对于每个相位

可以实现指派了距离的单元的计数器的增加。独立处理单个相位。直接从频率分布的最大的局部最大值得出到目标的距离。

因此，从算法的角度看，根据本发明的方法包括下述要素：

a)用于从对应波长λ的相位值

推导所有可能适合的距离R_N的变换例程，满足下式：

其中，N＝0，1，2，...，N_max    (2)

b)用于生成对规定距离R的存储模块的存储单元中至少其中之一的对应关系的映射。每一所述存储单元以这种方式对应量为ΔR的某个小距离范围。存储单元以这种方式对应例如如下式给定的指数：

$n=\mathrm{integer}\left(\frac{R}{\mathrm{\ΔR}}\right)---\left(3\right)$

c)用于递增通过a)和b)对应于相位值的所有存储单元的内容(例如，至少加1)的例程。因此，每一存储单元用作记录多少相位值对应指派给该存储单元的距离范围的计数器。

d)用于以任意顺序通过程序c)处理所有相位值之后确定具有最多条目的M个存储单元的例程。在每种情况中这些存储单元对应存在M个目标的小距离范围，这是因为这些距离范围与最大数量的相位值一致。例如，如果n是指派给这种存储单元的指数，则目标位于在nΔR和(n+1)ΔR之间的距离中。

在算法表示法上，根据本发明的方法可以如下表示：

1.将模糊度间隔分成具有预期或者可接受误差大小的单个单元，每一单元被指派给一个距离。

2.针对指派了距离

的单元对所有相关N递增计数器。

3.对所有相位重复步骤2，换言之，对于所有的j进行所述重复，并且在多目标情况下对于所有i进行重复，在此执行单目标相位的前述分解。

4.根据计数器读数分布中的最大值，确定指派给目标物体的距离。

对于该基本算法存在不同的变型。

根据本发明，可另选的实现方式也对应增量算法的公式，例如在该实现方式中可以减少规定的计数器读数以搜索所述分布的最小值。例如，可以将所用的波长数，或者在多目标情况中波长数和目标物体数量的积设置为计数器的初始值。

根据本发明，也可以在多个阶段中执行该方法。因此，例如根据目标物体数量，通过利用将模糊度间隔分成具有较大宽度的仅仅几个单元来粗略搜索，来进行第一估算。从传输时间来看，因此也可以实现对要分析的距离范围的限制。通过粗略识别目标物体和目标物体能够出现的距离范围，可以限制要穿过的波长的倍数数量。从算法的角度看，因此可以对每一波长建立范围值，使得仅仅考虑实际适合的绝对相位。

代替对应距离的存储单元的计数器增加1或减去已知值，根据本发明还可以使用其他方法，例如，如果目标的距离恰好对应两个存储单元之间的距离，也就是说距离落在两个存储单元之间，则为了避免在属于相邻距离范围的两个存储单元上的条目的随机分布引起的量化效应。如果选择的范围ΔR太小，会出现其他问题，并且由于相位值

测量的不准确不再出现存储单元条目的累积。

例如，下面的方法可以避免这种量化效应：

a)对于每个值R_N，可以在按其重要性将单元移动ΔR/2的两个数据结构中记录条目。

对应到目标的距离的最大值还可以以这种方式位于不同数据结构中。。然后在M个目标的情况下，通过两个频率表选择对应不同距离的最大的M峰值。

b)替代仅使得单元 $n=\mathrm{integer}\left(\frac{R_N}{\mathrm{\&Delta;R}}\right)n$ 中的计数器针对R_N加1，当 $\mathrm{mod}\mathrm{ulo}\left(\frac{R_N}{\mathrm{\&Delta;R}}\right)\&GreaterEqual;0.5$ 时，可以增加单元n和n+1中的计数器。当 $\mathrm{mod}\mathrm{ulo}\left(\frac{R_N}{\mathrm{\&Delta;R}}\right)<0.5$ 时，可以相应增加单元n和n-1中的计数器。在这种情况下，与a)不同，只使用一个频率表。

c)当 $n=\mathrm{integer}\left(\frac{R_N}{\mathrm{\&Delta;R}}\right)$ 时，不考虑

对于每一条目在每种情况下总是可以使单元n-1、n和n+1中的计数器加1。可以正好在把条目记录在频率表的过程中或者可选地在单元n内记录了所有条目之后执行该程序。在后一种情况中，如果在存储单元n中计数器为q，则存储单元n-1和n+1中的计数器分别增加q。数学上，这对应用宽3高1的逻辑框函数(box function)对原始频率分布进行的卷积。

d)替代c)中存储单元n-1、n和n+1中的计数器分别加1，存储单元n可以增加较大值(例如2)，并且存储单元n-1和n+1可以增加较小值(例如1)。再者，可以在频率表中记录条目过程中直接执行该程序，或者在记录所有相位值的条目之后执行该程序。数学上，这对应利用宽为3最大高为2的三角函数对原始频率分布进行的卷积。另外，还可以考虑利用宽为2高为1的逻辑框函数对原始频率分布进行的双卷积。

根据本发明还可以进行卷积核比c)和d)更大的其他卷积，但是这对解决离散问题并不是必须的。然而，更大的卷积核能够解决其他问题，例如相位值缺乏累积的问题。

更大维数的卷积核还可以在频率表中收集孤立的条目。典型的卷积核是任意阶数的样条。1阶样条是常用的逻辑框函数，2阶样条是三角函数。通常，可以通过例如1阶样条的逻辑框函数卷积从n-1阶样条递归生成n阶样条。无限频率卷积最终得到高斯曲线。最后，是否用n阶样条来对频率分布同样地进行卷积或者是否优选用逻辑框函数进行n重卷积并不重要，但是利用n阶样条的直接卷积的效率更高。样条提供对不同解算阶段的自然逼近。因此，还可以利用不同解算阶段的样条实现卷积。

卷积核与相位值测量误差的概率分布相关。在所述方法中，如果考虑在存储单元中将不同相位值的值彼此相加而不是彼此相乘，则可以将卷积核(直到一个因数)解释为表示概率分布的对数。

相反地，这样也是可以的：如果频率表的每一单元的初始值为1并且直接将卷积核考虑为未归一化的概率分布，则也可以将现有的值乘以卷积核的值(必须总大于1)，而不是递增或者减小存储单元中的计数器。

由于通常已知测量相位的信噪比，在该情况中可以得到单个测量相位的置信度κ_ij。考虑这些置信度，可以得到频率表中的条目。因此，如果相位值

对应存储单元，则所述存储单元的计数器也可以增加κ_ij(或者依赖于κ_ij的函数)而不是1。这同样适用于卷积核的情况。

在转换例程中，替代单个相位值

还可以考虑对应不同波长的j₀≤J的相位值的组合。在该情况中，由于不清楚相位值是否对应同一目标，并且由于不应从一开始就去掉相位组合，必须对j₀元组

的所有组合执行例程c)。在J个频率和2个目标的情况下，对于j₀＝2的相位的组合，由于没有将相位指派给目标，所以不仅要考虑相位组合

...、

...、

...

以及每一情况中第一指数为2的同样的相位组合，还要考虑指数为1和指数为2之间的混合组合。这就是说，替代

和现在需要考虑全部4个组合

其中i，k∈{1，2}。例如，只有

或者以

简化表示，存在的距离对应j₀＝2的相位值组合。通过二维(通常j₀维)相位图，或者(对于j₀＝2)通过所谓的通道收缩方法(laning method)直接得到这些距离。通过转向所谓的宽巷(widelane)，在波长 $\mathrm{\&lambda;}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2}{{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_2}$ (属于频率f＝f₂-f₁的波长 $\mathrm{\&lambda;}=\frac{c}{f},$ 其中频率 $f_i=\frac{c}{{\mathrm{\&lambda;}}_i},(i=\mathrm{1,2}))$ 得到相位值

该相位值对应距离

或者在引入

和λ之后，

其中N＝0，1，2，...，N_max(4)

满足下式：

其中N＝N₁-N₂(5)

这也就是说，对于N＝N₁-N₂的

是当

时的距离。对于N＝0，1，2，...，是当时的距离。因此，对于总的N，

计数对应的候选值。

在最简单的情况下，可以通过阵列在例程b)中实现距离R对存储单元的映射，也就是说，通过不间断存储块，其中存储单元1对应距离0到ΔR，存储单元2对应ΔR到2ΔR等。或者还可以使用任意类型的搜索数据结构，所述搜索数据结构在规定指数 $n=\mathrm{integer}\left(\frac{R}{\mathrm{\&Delta;R}}\right)$ 的情况下对应于一个或多个存储单元。在此以(二叉)搜索树、哈希表、跳表(skip list)和任意类型tries结构为例。例如，在Robert Sedgewick，Algorithms in C，Parts 1-4：Fundamentals，Data Structures，Sorting，Searching(C算法：第1-4部分：数据结构、排序、搜索基础知识)，Addison Wesley，1998中有对这些结构的更具体的描述。这种“稀疏”数据结构尤其是在小的ΔR和有限的存储资源的情况下很重要。可以不存储没有相位值对应的距离。因此，可以选择任意小的ΔR。所有这些数据结构在后续中可以被表示为频率表。

不是必须在所有相位值的条目记录结束时确定最大值，而是可以在记录条目的过程中记录。这特别是用于，特别是当非常精确地解算从R＝0到R＝R_max(即利用较小的ΔR)的范围的非常大的阵列用于频率表时。

特别在用于避免量化效应和处理测量的不精确性的上述方法的情况下，直接与最大峰值相邻的单元包含非常大量的相关值。为了避免不正确地将其检测为目标，在已发现的峰值的周围中，只要相关值单调下降理论上就不能将所有单元接受为目标。

除了在卷积核的情况下的多解算方法之外，如上讨论还可以在选择ΔR的情况下执行多重解算方法。为此，首先选择相对较大的ΔR，使得当选择阵列作为频率表时仅需要相对小的存储空间。如果到目标的距离因此相对较粗，也就是说用精度ΔR确定，随后可以更精确地分割这些范围。这总可以以递归的方式进一步精化。应考虑到，如果开始选择的ΔR太大，则由于峰值消失在噪声中而不能形成明确的峰值。

可以按需要实际上并行执行根据本发明的方法，为此，例如可以得到下述方法：

●可以通过不同处理器单元并行地将单个相位值输入到频率表中。

●可以通过不同处理器单元并行地在不同距离范围中记录条目，例如，处理器单元1用于0到10m之间的距离，处理器单元2用于10到20m之间的距离。

●方法a)和b)的组合。

●如果不同处理器单元分析用于不同距离范围的存储单元，则可以

在频率表中(尽可能地)并行进行最大值的检测。

根据本发明的方法也可以作为用于确定到多个目标的距离的候选项的预处理步骤。然后通过评估函数可以更准确地得到数量减少的这些候选项。根据候选项减少的数量，从而可以选择更加复杂的评估函数，而传输时间性能不会过于不利。

根据本发明的方法，可以将多个相位测量序列不作修改地随着时间输入到同一频率表中。这特别适用于固定目标和/或不良信噪比的情况。尽管已知涉及到的目标是固定的，但是如果不同时间点的测量序列得到不同距离的峰值，将会自动确定可能性最高的距离。

附图说明

下面将结合附图中示意性示出的实施例纯粹示例性地进一步描述根据本发明的用于解算相位模糊度的方法。图中：

图1a-b示出了根据现有技术的相位测量方法的原理图；

图2示出了根据现有技术的针对单目标的情况解算相位模糊度的方法的原理图；

图3示出了多目标情况的示意图；

图4示出了多目标情况的相位的示意图；

图5示出了多目标情况的相位的极坐标图；

图6示出了利用第二谐波的多目标的情况的相位的示意图；

图7示出了利用第二谐波时的关系；

图8示出了针对多目标情况矢量分解成单个相位的示意图；

图9示出了针对多目标解算相位模糊度的根据本发明的方法的原理图；

图10示出了针对多目标情况的根据本发明的方法的示例的概图；

图11示出了针对多目标情况的根据本发明的方法的示例的截取图；

图12示出了根据本发明、包括两个彼此相对错位的单元系列的方法的变型的原理图；以及

图13示出了根据本发明、包括示例性的峰值识别的方法的变型的原理图。

具体实施方式

图1a-b示出了根据现有技术、确定设备和目标之间的距离的相位测量方法的原理图。

在图1a中，发射器1向可以具有回射器3的目标发射调制有信号的载波，例如作为光波2的调制光信号，并且载波从目标反射回到接收器4。与传输时间方法不同，在发射和接收之间没有记录时间差异。记录输入和输出信号的相位偏移。该相位

取决于设备和目标之间的距离，这是因为该距离对应于发出的光波2的波长λ的倍数加上剩余余差。如图1b所示，所述余差表示用距离除以波长λ时剩余的非整数分量。所测得的相位

是针对该余差的度量，因此知道了该相位

和波长λ数，就可以导出测量设备和目标之间的距离。由于在本方法中不直接确定作为整数分量的波长λ的数量，必须对该模糊度或者相位模糊度进行附加解算。例如这可以通过利用多个调制频率(典型地从2到8个)来实现，针对所述多个调制频率相对于发射的信号依次计算出接收的信号的绝对相位。然后通过多次这些测量可以求得到目标的距离。

根据本发明的方法基于经典相位测量的基本原理，但是由于对测量相位进行另一种分析而具有其优点，特别在传输时间性能方面和在测量相位值中对于噪声和异常值的鲁棒性方面。图9表示根据本发明的、针对多目标情况中解算相位模糊度的方法的原理。

现有技术披露了解算相位模糊度的方法，其同样地利用了发射带有周期信号的电磁或者其他辐射，例如声波，并由目标3’反射。在图2中仅示例性地解释该方法。在此，辐射具有至少两个波长λ₁和λ₂，对于每一波长测量相关的相位

和将通过目标3’可能位于其中的距离范围确定的模糊间隔分成单个单元5。给每一单元5指派一个计数器，通过球6可视地示出计数器的计数器读数。对于目标3’和两个波长λ₁和λ₂的情况，这里通过示例加以考虑，通过向测量相位

或

表示的距离指派相关计数器加1的单元来递增计数器，在图上对应于各自单元5的球6的堆积。为了考虑使得能够确定只是波长λ₁或λ₂倍数的距离的模糊，执行针对波长λ₁和λ₂倍数的数量增加的处理。在所有的波长和可能倍数的方法结束之后，一些单元的计数器增加一定的量。在这种简单情况下，单个单元5的计数器的值为2，其由在该单元5中的两个球6来表示。指派给单元5的距离表示目标3’的真实目标距离。

除了测量固定目标物体的静态应用，还可以通过生成作为频率表的模糊度间隔的多个分割来实现动态处理。因此频率表是分割的多个拷贝。在此，将每一频率表指派给一个时间段，并且在每一时间段中与时间相关的相位

分类到指派给该时间段的频率表中。然后可以独立地也可以彼此相关地分析各种频率表，例如假设目标物体的速度恒定，该速度以在时序频率表中的频率或者计数器读数的相应位移来表示。

图3示出了多目标情况的距离测量状况的示意图。发射器1发射信号，并且被多个目标反射，这里以在目标距离R₁处的作为第一目标3a的物体和在目标距离R₂处的作为第二目标3b的物体为实例来实施，接收器4探测其反射。由此在接收器中彼此叠加两个目标3a和3b的分量，使得接收器只接收到具有包括两个单独相位分量的一个相位的唯一一个信号。

图4示出了针对多目标情况的相位的示意图。发射的辐射7照射到第一目标物体3a上，并由此反射回第一辐射分量7a。剩下的部分，例如在透明的第一目标物体3a的情况下传输之后，作为第二辐射分量7b照射到在这里可以考虑为不透明的第二目标3b上。从第二目标3b反射回的第三辐射分量7c最终再次照射到接收器。这总会记录带有通常的多物体相位的叠加的第一和第二辐射分量7a和7c。

对应于图4针对多目标情况的相位的极坐标如图5所示。示出了表示包括叠加的第一和第二辐射分量组成的接收信号的多目标矢量或者多物体矢量MV。在此，术语多物体指在实际检测中并不考虑为考察对象但也对接收的辐射有贡献的物体。多物体矢量MV由对应第一辐射分量的第一单物体矢量EV1和对应第二辐射分量的第二单物体矢量EV2组成。如果将测量的多物体矢量MV分解成矢量分量，则可以得到对应的单物体相位，并且可以将根据本发明的方法直接应用到多目标情况或者多物体情况。应注意，存在无穷多的到单物体矢量EV1和EV2的的分解，这些分解都可以生成测量的多物体矢量MV。

例如，如果在信号接收和信号分析中还考虑更高的谐波分量，则进行这样的明确的分解是可能的。图6表示利用第二谐波的情况下针对多目标情况的相位。对于利用倍频根据第二谐波发射的辐射8，类似状况是适用的。更高谐波辐射8同样照射到第一目标物体3a，由第一目标3a反射回第一更高谐波辐射分量8a。剩下的部分作为第二更高谐波辐射分量8b到达第二目标物体3b。由第二目标物体3b反射回的第三更高谐波辐射分量8c最终再次照射到接收器。这同样以一个共同的更高谐波的多物体相位记录了叠加的第一和第二更高谐波辐射分量8a和8c。

图7示出了当第二谐波用于目标物体的特定距离时的关系。由于第二谐波的波长减半，因此其绝对相位翻倍。知道了该相位关系则可以分解成单物体相位，如图8的极坐标图所示。根据Carathéodory定理，如果还存在其他信息(例如通过第二谐波)，则可以实现多目标矢量的单义分解，使得可以分解和得出相关的单物体相位。将多物体矢量MV1分解成单物体矢量EV11和EV12，或者将多物体矢量MV2分解成单物体矢量EV21和EV22。然后根据求出的单物体矢量，可以得到相关的相位，如这里以单物体矢量EV12和单物体相位为例。

图9示出了根据本发明、用于解算多目标情况的相位模糊度的方法的原理图。对于每一单物体相位

执行计数器递增的步骤，然后有了最终计数器读数的分布，由此可以得到真实的目标距离R₁和R₂，这在该示例中通过读出两个最高的计数器读数来实现。也是在多目标情况中，所述方法可以针对移动目标物体进行如图2所示的动态测量。

根据本发明针对多目标情况的方法的示例如图10和图11所示，图10包含模糊度间隔的总体图，图11为截取图。在该示例中，在离测距仪1.5米和2米的距离处安置两个目标物体。模糊度间隔为768米。用8种频率进行测量，其中，单元宽度为0.1米，按照权重1/3/1填充，例如给对应距离

的单元计数器加3，并且相邻单元的计数器加1。直接处理单物体相位而不对相关性进行分类。在该示例中，最大的计数器读数为24，并且可以在图10的最左边看到。图11中的截取图示出该图中间的两个峰值。正确距离1.5和2米被指派给具有最高计数器读数的两个单元。

图12示出了根据本发明、包括两个彼此相对错位的单元系列、以避免或者解决量化误差的方法的变型例的原理图。还可以针对模糊度间隔的进一步分割并行地实现计数器读数递增，该分割就距离的指派而言被移动单元5的宽度的一半。例如，通过该方法，可以更好地识别基于不利的子分割和指派而分割到多个单元5的峰值。该问题以区域A和B加以说明，在每一情况中针对一个单元序列存在一个峰值，其中峰值只在填充两个相邻单元5时出现在被移动的单元序列中。

图13示出了根据本发明、包括示例性的峰值识别的方法的另一变型的原理图。由于量化效应和测量的不精确，直接邻接最大峰值的单元5包含大量相关值，所述相关值在此再次以多个球6来表示。在本例中，在单元5上纯粹寻找最高计数器读数，将针对右侧峰值识别出大于左侧峰值的最高计数器读数的共三个单元。如果这三个单元在每种情况下仅基于其计数器读数指派给三个目标，三个直接相邻的目标识别给出仍然是不明确的错误结果，这是因为对于要识别的两个目标可以采用三个单元。为了避免这种错误结果，公式约定，只要相关值数量单调降低，则在已经发现峰值的周围不把所有单元5接受作为目标。因此，与最高计数器读数直接相邻的值被抑制，并且将指派给左侧峰值且具有最高计数器读数的单元5识别为属于第二目标。因此，该方法从最高计数器读数开始，搜索下一个较高计数器读数，在最大绝对值周围单调下降区域内抑制所有计数器读数。在三目标情况下，通过识别下一个峰值，也可以消除单调区域中的所有计数器读数，并且最终在排除的区域之外找出具有第三高计数器读数的单元5作为第三目标距离。

Claims (16)

1.一种用于能够实现多目标的相位模糊度解算的方法，该方法至少包括以下步骤：

向模糊度间隔中存在的至少两个物体(3a，3b)发射特别是光波或者声波的周期信号(2，7)，其中，所述信号(2)具有至少J≥2个特别是被调制的波长λ_j，其中1≤j≤J；

接收被所述物体(3a，3b)反射的信号(7a，7c)；

通过所接收的信号得到作为每一波长λ_j的相移的相位

并且分解成指派给所述I≥2个物体(3a，3b)的单物体相位

其中1≤i≤I；

将所述模糊度间隔分割成规定宽度的单元(5)，其中，计数器读数和距离被指派给每一单元(5)，并且计数器读数分布能够被推导得到；

递增指派给可能的物体距离

的单元(5)的计数器读数，其中，针对能够指派给所述模糊度间隔作为周期性控制变量的执行递增，具体地针对所有能够指派给所述模糊度间隔的

和针对所有单物体相位执行递增；

针对所述物体(3a，3b)中的至少其中之一确定绝对物体相位和/或真实物体距离。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对指派给各个

和各个单物体相位

的可能物体距离，具体地使用权重函数，针对一个以上的单元(5)执行计数器读数的递增。

3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，针对指派给包含相位

的T元组的组合的单元(5)执行计数器读数的递增，其中T≤J，特别是对于包括T＝2和计数器读数的递增的二分量元组而言对指派了

的单元(5)执行计数器读数的递增，其中，j₁≠j₂并且j₁，j₂≤J。

4.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，利用通道收缩方法执行所述计数器读数的递增。

5.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，通过识别最高计数器读数确定所述绝对相位和/或到所述物体其中之一的真实物体距离。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，连续记录一个或者更多个当前最高的计数器读数。

7.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，基于对所述计数器读数分布的分析，具体地通过识别能够指派给所述物体(3a，3b)的最大值，来确定所述绝对相位和/或到所述物体(3a，3b)的所述真实物体距离。

8.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，进行粗略搜索以用于确定参数，具体地以用于优化对所述单元(5)的宽度的选择。

9.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，将所述单元(5)的宽度选择为规定的测量精度的函数，和/或借助多重解算方法来选择所述单元(5)的宽度。

10.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，还针对所述模糊间隔的另一种分割执行所述计数器读数的递增，具体地针对相对于对所述距离的指派偏移了单元(5)宽度一半的分割而执行所述计数器读数的递增。

11.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，在所述递增之后或者在所述递增过程中利用卷积核对所述计数器读数分布进行卷积，给定情况下可以进行多次卷积，具体地利用一阶或者二阶样条进行卷积。

12.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，考虑所述单物体相位

的置信度值，具体地考虑所述单物体相位

的信噪比，来执行递增。

13.如前述任意权利要求所述的方法，其特征在于，基于所述模糊度间隔的分割，生成分割成规定宽度的单元(5)的多种分割作为频率表，其中，每个频率表被指派给一个时间段，并且在每个时间段中，将所相关联的单物体相位

归类到指派给该时间段的频率表中。

14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在机器可读介质中或者包含于电磁波中的程序代码，用于具体地在计算机内执行所述程序时执行根据权利要求1至13中任意之一所述的方法。

15.如权利要求14所述的计算机程序产品，其特征在于，所述单元(5)的总体通过频率表来表示，具体地通过下述数据结构的其中之一来表示：

-域，

-二叉搜索树，

-哈希表，

-跳表，

-trie树。

16.一种测距仪，该测距仪包括：

至少一个用于生成和发射周期信号(2，7)的信号源(1)，具体地为激光源，其中，所述信号(2，7)具有至少J≥2个特别是被调制的波长λ_j，其中1≤j≤J；

接收器(4)，其用于接收反射的信号(7a，7c)并用于通过所述接收信号求得每一波长λ_j的相位

以及

分析电子设备，其用于解算相位模糊度；

所述测距仪特征在于，所述分析电子设备具有为执行如权利要求1至13中任意之一的方法而形成的并行数据处理的开关逻辑，具体地为专用集成电路。

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