CN104603634A - 距离测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提出用于使用激光脉冲进行距离测量的方法和装置，其中衰减函数和该衰减函数相对于发送脉冲的偏移中的至少一个是可变的，以适应不同的测量需要。在一些实施方案中，在一些数量的测量循环内，衰减函数和该衰减函数的偏移中的至少一个相对于发送脉冲固定并且源自结果的信息被用于修改该衰减函数和该衰减函数相对于该发送脉冲的偏移中的任一个或两个，以用于后续测量。

Description

距离测量方法和装置
技术领域
本发明涉及电子距离测量领域。更具体地，本发明涉及用于使用可选择的参数检测激光脉冲来进行电子距离测量的方法和装置。
背景技术
在飞行时间距离测量中，激光脉冲的发射和接收之间的时延使得能够计算距离。发射的脉冲行进到反射器并且返回到接收它的检测器。该时延与脉冲行进距离成比例。对于给定的反射器，接收的脉冲的功率水平被假设为在感兴趣的范围内与脉冲行进时间(以及脉冲行进距离)的平方成反比。接收的脉冲的功率水平的动态范围因此可以相当大。为了适应此动态范围，现有技术系统应用衰减函数使得在发射发送脉冲之后检测灵敏度随时间提高。
然而，典型的现有技术系统使用基于固定函数的衰减函数，该固定函数相对于发送脉冲具有固定的定时。
这样的后果是不适于多种测量场景。
发明内容
根据本发明的实施方案提供具有较高适应性的电子距离测量方法和装置。
根据本发明的一些实施方案提供使用激光脉冲的距离测量，其中衰减函数和该衰减函数相对于发送脉冲的偏移中的至少一个是可变的，以适应不同的测量需要。该衰减函数确定在一个检测间隔上的检测灵敏度，而该偏移确定该衰减函数相对于发送脉冲的定时。
一些实施方案提供了在一些数量的测量循环内固定衰减函数和该衰减函数相对于发送脉冲的偏移中的至少一个，并使用源自该结果的信息以修改该衰减函数和该衰减函数相对于发送脉冲的偏移中的任一个或两个，以用于后续测量。
一些实施方案提供一种测量距离的方法，包括：选择测量参数，包括衰减函数、衰减启动时间、衰减复位时间，以及发射时间；在该发射时间处发射光脉冲并且在该衰减启动时间处启动该衰减函数；确定在一个最大可测量时间内是否接收到返回脉冲；如果在该最大可测量时间内未接收到返回脉冲，则重新开始该过程，以及如果在该最大可测量时间内接收到返回脉冲，则使用该返回脉冲的至少一个特性来确定一个测量距离，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较以确定是否修改所述测量参数中的至少一个，如果确定修改，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量，并且进行该另一个测量。
在一些实施方案中，所选择的发射时间在该衰减启动时间之前。
在一些实施方案中，所选择的发射时间晚于该衰减启动时间。
在一些实施方案中，如果在该最大可测量时间期间检测到超过一个检测阈值的返回脉冲，则通过选择将降低检测灵敏度的测量参数来进行另一个测量，修改所述测量参数中的至少一个以进行该另一个测量。
在一些实施方案中，选择将降低检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
在一些实施方案中，如果在该最大可测量时间期间未检测到返回脉冲，则重新开始该过程包括选择将提高检测灵敏度的测量参数来进行一个后续测量。
在一些实施方案中，选择将提高检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
在一些实施方案中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定该发射时间和返回脉冲接收时间之间的行进时间。
在一些实施方案中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定返回脉冲幅度。
在一些实施方案中，所述至少一个定义的限度包括下列中的至少一个：返回脉冲幅度；以及该发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间。在一些实施方案中，发射时间是由源自发送脉冲的参考脉冲确定的，针对发送脉冲和参考脉冲之间的时间偏移调整发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间以获得脉冲行进时间。
在一些实施方案中，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较包括根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征。
在一些实施方案中，根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征包括根据所述多个之前的测量推断一个近似函数。
在一些实施方案中，该近似函数被确定为多个之前的测量值的平均。
在一些实施方案中，该近似函数包括直线函数、指数函数和周期性函数中的一个。
在一些实施方案中，修改所述测量参数中的至少一个包括确定一个最佳测量参数组和一个可接受的测量参数组中的一个。
在一些实施方案中，确定一个最佳测量参数组包括确定位于至少一个范围的中点附近的至少一个测量参数。
在一些实施方案中，确定一个可接受的测量参数组包括确定位于一个范围内的至少一个测量参数。
在一些实施方案中，确定该发射时间使得测量是多个周期性测量中的一个。
在一些实施方案中，确定该发射时间使得测量是多个非周期性测量中的一个。
另一些实施方案提供用于执行这样的方法的装置。
附图说明
从下文参照附图描述的实施方案将更容易理解本发明的这些和其他方面和特征，其中：
图1示意性地例示了根据本发明的一些实施方案的用于实现距离测量方案的系统100；
图2示出根据本发明的一些实施方案的发送脉冲和对应的接收脉冲；
图3A示出根据本发明的一些实施方案的接收脉冲功率作为激光脉冲的飞行时间的函数的曲线图；
图3B示出根据本发明的一些实施方案的接收的脉冲的功率衰减的时间相关性；
图4A示出根据本发明的一些实施方案的电子距离测试(EDM)功率与时间的关系的曲线图；
图4B例示了根据本发明的一些实施方案的对于一个发送脉冲序列接收机灵敏度函数与时间的关系；
图5A以立体视图示出根据本发明的一些实施方案的距离测量场景；
图5B以正视图示出图5A的场景；
图5C示出根据本发明的一些实施方案的来自不同表面的返回脉冲的实施例；
图6A示出根据本发明的一些实施方案，将对第一目标的一系列距离测量表示为接收脉冲功率对时间的函数的一个发送脉冲和对应的返回脉冲的序列；
图6B示出根据本发明的一些实施方案，将对第二目标的一系列距离测量表示为功率对时间的函数的一个发送脉冲和对应的返回脉冲的序列；
图7A示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率对时间的函数的一个脉冲重复序列；
图7B示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率对时间的函数的另一个脉冲重复序列；
图7C示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率对时间的函数的另一个脉冲重复序列；
图7D示出根据本发明的一些实施方案，用于将目标的一系列距离测量作为功率对时间的函数的另一个脉冲重复序列；
图8A示出根据本发明的一些实施方案的具有各自的衰减函数的衰减器的一个实施例；
图8B示出根据本发明的一些实施方案的复合衰减函数的一个实施例；
图9A示出根据本发明的一些实施方案的多个串联组合的衰减器；
图9B示出根据本发明的一些实施方案的多个并联组合的衰减器；
图10示意性地例示了根据本发明的一些实施方案的扫描设备的控制系统；
图11示出根据本发明的一些实施方案的明确定义的发射机脉冲的一个实施例；
图12A示出不适合用于电子距离测量的定义不清的脉冲的一个实施例；
图12B示出不适合用于电子距离测量的定义不清的脉冲的一个实施例；
图13示出根据本发明的一些实施方案的控制和测量方案；
图14A示出根据本发明的一些实施方案的图13的细节；
图14B示出根据本发明的一些实施方案的图13的细节；
图15示出根据本发明的一些实施方案的图13的测量方案的一个变型；
图16A示出根据本发明的一些实施方案的接收机衰减函数；
图16B示出根据本发明的一些实施方案的接收机衰减函数；
图16C示出根据本发明的一些实施方案的接收机衰减函数；
图17A是根据本发明的一些实施方案的电子距离测量的一个定时图；
图17B例示了根据本发明的一些实施方案的接收机灵敏度函数与时间的关系的曲线图；
图18示出根据本发明的一些实施方案的接收机灵敏度与时间的关系的曲线图1800；
图19例示了根据本发明的一些实施方案的圆形壁内部的扫描；
图20例示了根据本发明的一些实施方案的道路表面的扫描；
图21示出根据本发明的一些实施方案的用于扫描场景的返回脉冲输入功率与时间的关系的曲线图。
具体实施方式
图1示意性例示了用于实施根据本发明的一些实施方案的距离测量方案的系统100。系统控制器105通过控制信号110与脉冲控制器115和飞行时间(TOF)计算机145通信以协调系统操作。系统控制器105向脉冲控制器115发出控制信号110以启动测量。脉冲控制器115向激光子系统125发出激光脉冲控制信号120。激光子系统125通过发射激光发送脉冲130响应。激光发送脉冲130经过分束器(splitter)135。来自激光发送脉冲130的一部分能量被传递到检测器元件140以向飞行时间(TOF)计算机145提供指示激光发送脉冲130的发射时间的“启动”参考。来自激光发送脉冲130的一部分能量经过光学子系统150并且被引导在系统100外部的目标155处。来自目标155的返回激光脉冲序列经过光学系统150到达检测器160。检测器160向TOF计算机145提供指示返回激光脉冲的检测时间的“停止”参考信号。TOF计算机145确定激光脉冲130的对应飞行时间并且将产生的飞行时间值转换成对应的测量距离，测量距离例如存储在数据存储器165中。飞行时间计算机145可以是单独的处理器或可以是在计算机中运行的进程，该计算机还运行系统控制器105和/或脉冲控制器115的进程和/或其它进程。为了便于例示这里参照图1的特定元件描述功能，但当可能方便时所述功能可被结合在一个或多个元件中或被分配到其它元件。
图2示出在时间t1处发射的发送脉冲205和在时间t2处接收的对应的接收脉冲210。时间间隔δt1＝t2-t1代表该脉冲的飞行时间，该飞行时间对应于测量距离。尽管图2的实施例示出时间t1和t2在各自的脉冲的峰值处，但是本领域技术人员将认识到可以其它方式确定脉冲定时(timing)，诸如前沿的阈值或其它特性。
图3A在305处示出接收脉冲功率Pin作为激光脉冲的飞行时间的函数的曲线图。该曲线图不是按比例的，因为在实践中仅有非常小部分的发射脉冲能量返回到接收机。一般而言，接收的功率随着飞行时间而减小并且因此随着脉冲行进的距离而减小。对于给定的目标、光学系统和检测器，接收脉冲功率在感兴趣的范围内与距离R的平方成反比并且因此也与飞行时间的平方成反比。即，Pin∝R-2。(在所感兴趣的范围以下在非常短距离处接收脉冲功率趋近无穷大。)接收脉冲功率还随着反射它的目标的反照率变化，并且随着其它因素(诸如该脉冲行进通过的大气中的湿气或灰尘)变化。
图3A还示出由接收机电子装置的动态范围限定的反照率走廊(corridor)310。反照率走廊310具有：上限315，在该上限之上返回脉冲使接收机电子装置饱和；以及下限320，在该下限之下检测不到返回脉冲。
在时间t0处发射的脉冲R0被从目标反射并且在时间t1处作为接收脉冲325被检测到(对应于距离R1)，接收脉冲325的幅度在检测电子装置的动态范围内使得它可被检测并且可从飞行时间确定测量距离。幅度大于检测电子装置的动态范围的接收脉冲将导致检测电子装置饱和使得接收脉冲的到达时间不确定并且因此不能够获得测量距离。幅度小于检测电子装置的动态范围的接收脉冲将不被检测电子装置检测到，使得：(1)没有到达时间可用于获得距离，以及(2)产生模糊：不清楚接收脉冲对应于多个发送脉冲中的哪个。
根据本发明的一些实施方案提供随时间可变的衰减(或可变的增益)以补偿检测电子装置的灵敏度，从而改进性能。图3A在305处从概念上例示了对于给定测量所期望的接收机电子装置的衰减。
本发明的一些实施方案提供随时间或换句话说随接收功率的衰减而提高的接收机灵敏度，其中该衰减随着时间减少。
图3B在355处示出衰减对时间t的期望时间依赖性，使得从发射脉冲R0得到的接收功率的衰减随着时间与输入功率成比例减少：衰减∝Pin。图3B中随着时间的衰减曲线355在理想情况下匹配图3A的输入功率随时间的曲线。
图4A示出电子距离测量(EDM)功率与时间的关系的曲线图405。例如，在时间t1处发射发送脉冲410并且例如在时间t2接收返回脉冲415或在时间t3处接收返回脉冲420。(假设返回脉冲415和420从具有相同反照率的表面反射。)在时间t4处复位接收机电子装置，从而为在时间t5处的下一个发送脉冲430做准备。发送脉冲之间的重复间隔440限定测量间隔435。测量可以是周期性的但不是必须是周期性的。对于周期性的发送脉冲，接收机电子装置被复位的周期和发射脉冲的周期相同以便避免饱和。见2010年12月29日的国际专利公布WO2010/149219A1。
图4B例示了对于一个发送脉冲序列的接收机灵敏度函数450与时间的关系。接收机灵敏度S(t)例如是针对从时间t1直到时间t3的时间间隔(还如下面图17B中所示)。从时间t0直到时间t3的时间间隔代表最大可测量时间。另一个脉冲触发发生在时间t0’处。在接收机复位的时间t3和触发新接收机衰减函数的时间t0’之间的时间间隔是处理时间，在此处理时间期间在455设置接收机灵敏度参数并且在460调整接收机灵敏度参数以为随后的从时间t0’到时间t3’的测量间隔提供期望的接收机衰减函数。
对于一些应用，诸如采用配备EDM的全站仪的土地调查，使用标准化的目标使得返回脉冲功率基本上与脉冲行进时间相关。其它应用，诸如用于收集大量测量点的扫描设备不具有规格化的目标。扫描目标可具有不同的反照率和不同的倾斜角。
图5A以立体图示出场景500，在该场景中将扫描道路505或壁510的一段，其中每次测量是在距离增大处，例如，距离520大于距离515且距离530大于距离525。图5B以正视图示出图5A的场景。
图5C(与图5A和图5B的实施例无关)示出一个实施例，在该实施例中，从倾斜于发送脉冲的路径的表面反射的返回脉冲560比从更接近垂直于发送脉冲的路径的表面反射的返回脉冲555更宽且功率更低。
当用位于建筑物内部的扫描仪器扫描建筑物的内壁时，发送脉冲路径可几乎垂直于该壁，如图5A和图5B中相对于壁510的路径525、530，且返回脉冲可能是高的并且明确限定的，如图5C中的脉冲555。当用位于旁边的仪器扫描道路时，发送脉冲路径可更倾斜于道路表面，如在图5A和图5B中515和520处，并且返回脉冲更可能的是更低且更宽，如图5C中的脉冲560。
图6A示出发送脉冲和对应的返回脉冲的一个序列，将第一目标(目标1，例如，标准化的目标)的一系列距离测量表示为功率Pin对时间t的函数。发送脉冲是周期性地发射的，例如，在时间t1处发射发送脉冲602、在时间t4处发射发送脉冲604、在时间t7处发射发送脉冲606、在时间t10处发射发送脉冲608和在时间t13处发射发送脉冲610。在时间t2处接收对应于发送脉冲602的返回脉冲612、在时间t5处接收对应于发送脉冲604的返回脉冲614、在时间t8处接收对应于发送脉冲606的返回脉冲616并且在时间t11处接收对应于发送脉冲608的返回脉冲618。在时间t3处复位在620处示出的接收机电子装置的衰减函数。在预期随后的测量中，可分别在时间t6、t9和t12处复位在622、624、626处示出的相同的衰减函数。在此实施例中，衰减函数适合于从接收脉冲获得距离测量。虚趋势线628与标准化目标的使用一致。
图6B示出发送脉冲和对应的返回脉冲的一个序列，将第二目标(目标2，例如，非标准化的目标)的一系列距离测量表示为功率Pin对时间t的函数。发送脉冲是周期性地发射的，例如，在时间t1’处发射发送脉冲652、在时间t4’处发射发送脉冲654、在时间t7’处发射发送脉冲656、在时间t10’处发射发送脉冲658和在时间t13’处发射发送脉冲660。在时间t2’处接收对应于发送脉冲652的返回脉冲662、在时间t4’处接收对应于发送脉冲654的返回脉冲664、在时间t8’处接收对应于发送脉冲656的返回脉冲666并且在时间t11’处接收对应于发送脉冲658的返回脉冲668。在时间t3’处复位在670处示出的接收机电子装置的衰减函数。在预期随后的测量中，可分别在时间t6’、t9’和t12’处复位在672、674、676处示出的相同的衰减函数。虚趋势线678与非标准化反射表面的测量一致，非标准化反射表面可以是环境中的任何物体(诸如壁)的非标准化反射表面，其中测量是针对一致的距离但是针对具有变化的反照率的表面——在此实施例中“目标”的概念被宽泛地限定。
在诸如扫描的应用中，返回脉冲幅度是取决于目标的。用不适当的衰减函数扫描目标可导致衰减对于远点太高。图6A的实施例中的衰减函数具有适合用于近目标的返回脉冲612和适合用于远目标的返回脉冲618的衰减水平。在图6B的实施例中使用相同的衰减函数具有太高的衰减水平，以至于不允许检测来自更远点的返回脉冲，例如，检测到返回脉冲662但未检测到返回脉冲664、666、668。
目标2的脉冲功率减少的角度可与目标1非常不同。图6A示出返回脉冲功率减少，对于目标1其范围如连接返回脉冲的斜坡628。类似地，图6B示出返回脉冲功率减少，对于目标2其范围如连接返回脉冲的斜坡678。每个返回脉冲的功率水平和返回脉冲功率减少斜坡之间的竖直距离(如果有的话)则示出实际的接收机电子装置衰减和期望的接收机电子装置衰减之间的不匹配。
例如，具有陡峭但不竖直的壁的露天矿可具有根据发送脉冲的入射角度而变化的脉冲能量反射率。矿底的倾斜角与矿壁的倾斜角非常不同。例如，来自矿底的返回脉冲(诸如图5C的脉冲560)比来自矿壁的返回脉冲(诸如图5C的脉冲555)更宽并且具有较低的功率。
根据本发明的一些实施方案，脉冲被数字化。根据一些实施方案，脉冲被数字化并且脉冲形状被检查以识别除脉冲峰值外的特征。
由于返回脉冲幅度是取决于目标的，因此一些实施方案为目标提供使接收机电子装置的衰减函数适应目标。在一些实施方案中，该衰减水平被控制成在发送脉冲之后的某一时间处于期望水平。
图7A在700处示出一个脉冲重复序列，用于使得目标(例如，标准化的目标诸如图6A的目标1)的一系列距离测量作为功率Pin对时间t的函数。发送脉冲被顺序发射(例如，周期性地)：在时间t21处发射发送脉冲702、在时间t24处发射发送脉冲704、在时间t27处发射发送脉冲706、在时间t30处发射发送脉冲708和在时间t32处发射发送脉冲710。在时间t22处接收对应于发送脉冲702的返回脉冲712、在时间t25处接收对应于发送脉冲704的返回脉冲714、在时间t28处接收对应于发送脉冲706的返回脉冲716并且在时间t31处接收对应于发送脉冲708的返回脉冲718。
在720处示出的接收机电子装置的衰减函数具有太高的水平，从而不能准确地检测接收脉冲712。该接收机电子装置可假设在那个周期接收脉冲功率在动态范围之下并将此作为改变下一个发送脉冲704的对应时间间隔处的衰减水平的提示。如果使衰减函数与发送脉冲同步(例如如图6A中)，则将在时间t23’处发生复位并且衰减函数722’的水平将不足以在时间t25处检测脉冲714。然而，使用来自先前周期的信息，在更早的时间t23处复位此实施例中的衰减函数，使得衰减函数722的水平在适当水平以检测脉冲714。
类似地，如果使衰减函数724’与发送脉冲706同步以在时间t26‘处启动，那么该水平不适合用于检测返回脉冲716。来自一个或多个先前周期的信息在此实施例中被用于在时间t26处复位衰减函数，使得衰减函数724的水平在适当水平以检测脉冲716。以类似的方式，来自一个或多个先前周期的信息在此实施例中被用于在时间t29处复位衰减函数726’，使得衰减函数726的水平在适当水平以检测脉冲718。
相反，如果衰减函数(例如，720)在太低的水平使得接收脉冲(例如712)使接收机电子装置饱和，则在较迟的时间复位用于随后测量的衰减函数，使得在检测对应的接收脉冲的时间有较小的衰减。
在一些实施方案中，该衰减函数适用于扫描。再次参照图7A，在724’处示出的接收机电子装置的衰减函数会在太高的水平从而不能准确地检测接收脉冲716。如果在图7A的实施例中接收机电子装置确定在前一周期接收脉冲功率在动态范围之下，则这可被当作改变稍后的发送脉冲(诸如，发送脉冲706)的对应时间间隔处的衰减水平的提示。作为改变复位时间的替代方案，或除了改变复位时间之外，衰减函数本身可被改变，如现在将参照图7B描述。
图7B在730处示出一个脉冲重复序列，用于使得目标(例如，标准化的目标诸如图6A的目标1)的一系列距离测量作为功率Pin对时间t的函数。用相同的参考数字指示相同项。如图7A中，顺序地(例如，周期性地)发射发送脉冲：在时间t21处发射发送脉冲702、在时间t24处发射发送脉冲704、在时间t27处发射发送脉冲706、在时间t30处发射发送脉冲708和在时间t32处发射发送脉冲710。在时间t22处接收对应于发送脉冲702的返回脉冲712、在时间t25处接收对应于发送脉冲704的返回脉冲714、在时间t28处接收对应于发送脉冲706的返回脉冲716并且在时间t31处接收对应于发送脉冲708的返回脉冲718。
在图7B中(如在图7A中)，在720处示出的接收机电子装置的衰减函数处于太高的水平而不能准确地检测接收脉冲712。该接收机电子装置可假设在那个周期接收脉冲功率在动态范围之下并将此作为改变下一个发送脉冲704的对应时间间隔处的衰减水平的提示。然而，与图7A中的改变衰减函数的定时相反，图7B中例示的方法改变衰减函数的时间衰减曲线(time-decay profi le)。
如图7B中730处所示出的，如果衰减函数722’在发送脉冲704之前的时间t23’处开始，则该衰减水平将不适合检测接收脉冲714。然而，来自一个或多个先前周期的信息在此实施例中被用以修改用于此周期的衰减函数，使得衰减函数722”在时间t23’处开始但比函数720衰减地更快并且使得衰减函数722”处于适当的水平以能够在时间t25处检测接收脉冲714。类似地，如果衰减函数724’与衰减函数720相同，则时间t28处的衰减水平将不适合检测接收脉冲716。用于检测接收脉冲716的衰减函数724”在时间t26处开始，但比函数724’衰减地更快使得衰减函数724”处于适合检测脉冲716的水平。同样地，如果衰减函数726’与衰减函数720相同，则时间t31处的衰减水平将不适合检测接收脉冲718。用于检测接收脉冲718的衰减函数726”在时间t29处开始，但比函数726’衰减地更快使得衰减函数726”处于适合检测脉冲718的水平。
相反，如果衰减函数(例如，720)处于太低的水平使得接收脉冲(例如712)使接收机电子装置饱和，则修改用于随后测量的衰减函数，以便更慢地衰变使得在对应的接收脉冲的检测时间处有较小的衰减。
图7A的方法(修改衰减函数的启动时间)和图7B的方法(修改衰减函数的时间变化曲线)相互不排斥。在一些实施方案中，一起使用这两种方法以在发射脉冲(例如，702)之后的接收脉冲(例如，712)的预期到达时间处实现期望的衰减水平。
图7C在740处示出一个脉冲重复序列，用于使得目标(例如，非标准化的目标诸如图6B的目标2)的一系列距离测量作为功率Pin对时间t的函数。顺序地(例如，周期性地)发射发送脉冲：在时间t41处发射发送脉冲742、在时间t44处发射发送脉冲744、在时间t47处发射发送脉冲746、在时间t50处发射发送脉冲748和在时间t53处发射发送脉冲740。在时间t42处接收对应于发送脉冲742的返回脉冲752、在时间t45处接收对应于发送脉冲744的返回脉冲754、在时间t48处接收对应于发送脉冲746的返回脉冲756并且在时间t51处没有预期接收到对应于发送脉冲748的返回脉冲。
在760处示出的接收机电子装置的衰减函数处于太高的水平而不能准确地检测接收脉冲752。该接收机电子装置可假设在那个周期接收脉冲功率在动态范围之下并将此作为改变下一个发送脉冲744的对应时间间隔处的衰减水平的提示。如果衰减函数与发送脉冲同步(例如，如图6B中)，则将在时间t43’处发生复位并且衰减函数762’的水平将不足以在时间t45处检测脉冲754。然而，使用来自先前周期的信息，此实施例中在更早的时间t43处复位衰减函数使得衰减函数762的水平处于适当的水平以检测脉冲754。
类似地，如果衰减函数764’与发送脉冲746同步以在时间t46‘处启动，那么该水平将不正确，不能用于检测返回脉冲756。在此实施例中来自一个或多个先前周期的信息被用于在时间t46‘处复位衰减函数使得衰减函数764的水平处于适当的水平以检测脉冲756。以同样的方式，在此实施例中来自一个或多个先前周期的信息被用于在时间t49’处复位衰减函数766’使得衰减函数766”的水平处于适当的水平以在时间t51处检测预期的返回脉冲，尽管该情况下在时间t51处没有检测到返回脉冲。
相反，如果衰减函数(例如，760)处于太低的水平使得接收脉冲(例如，752)使接收机电子装置饱和，则在稍后时间处复位用于随后测量的衰减函数，使得在对应的接收脉冲的检测时间处有较小的衰减。
在一些实施方案中，该衰减函数适用于扫描。再次参照图7C，在764’处示出的接收机电子装置的衰减函数处于太高的水平而不能准确地检测接收脉冲756。在图7C的实施例中如果接收机电子装置确定接收脉冲功率在前一周期在动态范围之下，则这可被当作改变稍后的发送脉冲(诸如，发送脉冲746)的对应时间间隔处的衰减水平的提示。作为改变复位时间的替代方案，或除了改变复位时间之外，衰减函数本身可被改变，如现在将参照图7D描述。
图7D在770处示出一个脉冲重复序列，用于使得目标(例如，非标准化的目标诸如图6B的目标2)的一系列距离测量作为功率Pin对时间t的函数。相同的参考数字指示相同项。如图7C中，顺序地(例如，周期性地)发射发送脉冲：在时间t41处发射发送脉冲742、在时间t44处发射发送脉冲744、在时间t47处发射发送脉冲746、在时间t50处发射发送脉冲748和在时间t53处发射发送脉冲750。在时间t42处接收对应于发送脉冲742的返回脉冲752、在时间t45处接收对应于发送脉冲744的返回脉冲754、在时间t48处接收对应于发送脉冲746的返回脉冲756并且在时间t51处没有预期接收到对应于发送脉冲748的返回脉冲。
在图7D中(如图7C中)，在760处示出的接收机电子装置的衰减函数处于太高的水平而不能准确地检测接收脉冲752。该接收机电子装置可假设接收脉冲功率在那个周期在动态范围之下并将此作为改变下一个发送脉冲744的对应时间间隔处的衰减水平的提示。然而，与图7C中改变衰减函数的定时相反，图7D中例示的方法以类似于图7B的实施例的方式改变衰减函数的衰减曲线。
如图7D中770处示出的，如果衰减函数762’在发送脉冲744之前的时间t43’处开始，则该衰减水平将不适合检测接收脉冲754。然而，在此实施例中来自一个或多个先前周期的信息被用以修改用于此周期的衰减函数，使得衰减函数762”在时间t43’处开始但比函数760/762’衰减地更快并且处于适当的水平以能够在时间t45处检测接收脉冲754。类似地，如果衰减函数764’与衰减函数760相同，则时间t48处的衰减水平将不适合检测接收脉冲756。用于检测接收脉冲756的衰减函数764”在时间t46’处开始，但比函数764’衰减地更快使得衰减函数764”处于适合检测脉冲756的水平。同样地，如果衰减函数766’与衰减函数760相同，则时间t51处的衰减水平将不适合检测接收脉冲768。用于检测接收脉冲758的衰减函数766”在时间t49‘处开始，但比函数766’衰减地更快使得衰减函数766”处于适合在时间t51处检测预期的接收脉冲的水平，接收脉冲未如预期出现(例如，由于极其低的反照率目标表面或进入到没有反射的空中的测量)。
相反，如果衰减函数(例如，760)处于太高的水平使得接收脉冲(例如，752)使接收机电子装置饱和，则修改用于随后测量的衰减函数以便更慢地衰减使得在对应的接收脉冲的检测时间处有较小的衰减。
图7C的方法(修改衰减函数的启动时间)和图7D的方法(修改衰减函数的时间变化曲线)相互不排斥。在一些实施方案中，一起使用这两种方法以在发射脉冲(例如，742)之后的接收脉冲(例如，752)的预期到达时间处实现期望的衰减水平。
可以各种方式确定早多久(或迟多久)复位衰减函数。在一些实施方案中，在多个测量循环上以预确调整步长早些(或迟些)复位衰减函数,直到获得适当的水平。在一些实施方案中，调整步长是固定的模式，诸如相同大小步长或大小逐渐增加(或减小)的步长。
可以各种方式实现改变衰减函数。在一些实施方案中，提供多个衰减函数，例如，使用衰减单元、和/或放大器和/或光电检测器。在一些实施方案中，组合多个衰减函数以获得用于给定测量的期望衰减函数。在一些实施方案中，以固定周期复位所述多个衰减函数中的一个或多个，同时以可变的周期复位所述多个衰减函数中的一个或多个以在发送脉冲之后的某一时间处获得期望的衰减水平。
图8A示出具有相应的衰减函数810、820、830的衰减器805、815、825的实施例。组合这些函数以获得一个期望的衰减函数。在此实施例中，可以用相应的复位信号单独地复位每个衰减器，并且可使用相应的乘法器(如果期望乘法器可被设置成零)组合这些函数。如果没有向衰减器发送复位信号，则它的输出保持恒定，如例如在835处示出的。例如使用0dB衰减器可在时间上移位函数。图8B示出由衰减函数810、820、830的组合得到的复合衰减函数855的实施例。可以这种方式由少量衰减器(诸如805、815、825)生成无限多个复合衰减函数，例如855。
在一些实施方案中，串联组合多个衰减函数。图9A示出一个实施例，其中衰减器905和910串联组合。
在一些实施方案中，并联组合多个衰减函数。图9B示出一个实施例，其中衰减器955和960并联组合。
根据一些实施方案的可变衰减提供一个或多个益处，诸如，例如：更精确地测量脉冲到达时间，从而改进距离测量精确度；由于在给定时间段上数量更大的测量而形成更有效的测量；操作范围增大，允许在短距离(例如，30cm)和长距离(例如，5km)上的距离测量；在不需要操作员干预前提下能够实现针对不同目标类型的自动化扫描；允许使用单个扫描器设备用于室内或室外扫描应用；在某些应用——其中多脉冲测量求平均已经通常被用于获得期望的精确度——中能够实现单脉冲测量。
现有的单脉冲测量技术对于某些应用通常不具有足够的精确度。对于LIDAR应用，3m或1m的误差是可接受的。地面扫描应用通常需要更好的精确度，诸如扫描建筑物的特征需要几厘米或几毫米的精确度。通常扫描文化特征、纪念物等需要更佳的毫米精确度。在某些现有的技术中，使用多脉冲并且将多个个体脉冲测量求平均以改进精确度。
根据本发明的一些实施方案具有如下的接收机，该接收机具有使用衰减函数的动态范围调整。
在一些实施方案中，衰减启动时间与用于确定脉冲的飞行时间的发射的脉冲的启动时间无关联；衰减函数相对于发射的脉冲的发射时间较早(或较晚)地启动。
在一些实施方案中，衰减函数是可变的和/或可选择的。
在一些实施方案中，发射的脉冲的周期被调整。实现可调整的脉冲周期通常比改变各个脉冲的定时更容易。
在一些实施方案中，手动设置测量限度。例如，相对短的周期被用于短范围扫描以在给定扫描间隔上优化测量的数量，同时相对较长的周期被用于长范围扫描以避免对哪个发射的脉冲对应于给定返回脉冲造成模糊。
在一些实施方案中，在根据一个或多个之前的测量确定的间隔处，非周期性地发射发送脉冲。尽管实施的技术复杂(与调整周期相比)，但是避免了对发射脉冲之间的间隔是长或短的限制意味着可在宽距离范围上测量任何期望的距离。
使用一个或多个本领域已知技术调整接收机灵敏度，包括但不限于：电子衰减器、可变增益放大器、改变雪崩光电检测器(APD)的偏置电流，和/或在该检测器之前允许改变透光度的光学衰减器。
例如，为电信用途设计的光纤耦合衰减器是适宜地快速的，具有皮秒的响应时间。在一些实施方案中，光纤被用在检测器(APD)之前，该检测器与此类型的衰减器可兼容。
图10示意性地例示了根据本发明的一些实施方案的扫描设备的控制系统1000。控制和测量单元1005通过发射控制信号1015和发射触发信号1020控制发射机1010。控制和测量单元1005还通过接收机触发&复位信号1030控制可变灵敏度接收机1025，并且通过接收机控制和读出数据信号1035从接收机读出数据。在本实施例中在控制和测量单元1005中完成定时测量。
在一些实施方案中，发射机可以不同的发射速率工作，或者具有可控的周期，或者非周期性地单独受控地发射每个脉冲。(发送脉冲的功率波动是多个单独受控的脉冲的一个考量。)发射控制信号1015确定发送脉冲参数并且发射触发信号1020控制发送脉冲定时。发射机稳定性控制参数包括对每个激光器的偏置电流、波长控制、温度控制和输出功率控制。
用单次激发(single-shot)测量更容易控制每个脉冲的定时。一些实施方案提供可控的发送脉冲幅度，一些应用允许更高的功率而对于其它应用允许更低的功率。
在2011年1月6日公布的WO2011/000411中描述了用于周期性脉冲发射的实际设计的发射机。它的脉冲形状不随着输出功率变化,是规则的(clean)并且各个脉冲是一致的，没有尖峰，允许达若干kW的输出功率。
电子距离测量期望清楚定义的发射机脉冲。(这与其它一些应用相反，诸如不需要精确发射脉冲来获得期望的精确度的雷达或LIDAR。)图11在1100处示出明确定义的发射机脉冲1105的实施例。优选地，避免发射机脉冲中的人为因素和/或噪声(诸如在1120、1125、1130处由虚线代表的)以便具有用于最佳返回脉冲接收的稳定脉冲形状。
图12A在1200处示出不适合于电子距离测量的定义不清的脉冲1205的实施例。图12B在1250处示意性地例示了不适合于电子距离测量的定义不清的脉冲1205的实施例。文献中记载了许多这样低劣的实施例。
在一些实施方案中，接收机衰减函数的定时被控制，同时来自发射机的发送脉冲是周期性的。在一些实施方案中，接收机衰减函数是可选择的。一些实施方案具有不只一个衰减函数，每个衰减函数具有各自的可控的时间偏移。一些实施方案组合多个衰减函数以将衰减函数调整到特定目标。一些实施方案具有可控的脉冲定时，通过改变周期性发送脉冲的周期性或通过发射非周期性发送脉冲。
图13示出根据一些实施方案管理发射机和接收机的定时的控制和测量方案1300。在1305处选择操作模式，例如一组用户选择的限制。所述限制可以例如适合于文化物体的相对较短距离扫描，或用于露天矿的相对较长距离扫描。在一些实施方案中，该装置在无用户输入的情况下基于初始扫描结果选择操作模式。
在1310处复位接收机衰减函数。在1315处确定在启动用于下一个测量的接收机衰减函数之前是否启动发射机。(启动命令取决于接收机衰减函数相对于发送脉冲的期望定时。)如果结果是否定的，则在1320处启动接收机衰减函数并且然后在1325处启动发射机。在这种情况下，考虑到衰减函数是在启动发射机之前启动的，通过判决元件1330传递指示以在1335处从返回脉冲获得距离测量。如果1315处的确定是肯定的，则在1345处启动发射机并且然后在1350处启动接收衰减函数。在这种情况下，考虑到发射机是在启动衰减函数之前启动的，通过判决元件1330传递指示以在1335处从返回脉冲获得距离测量。
在1355处核查是否已经进行相同点的期望数量N个的距离测量，其中N≥1。(值N＝1将产生单次激发测量而不是多个测量的平均。)如果是肯定的，则在1370处配置接收机衰减函数用于该点的下一次测量，在1375处做出有关发射机的判决(例如，是否是周期性的，且如果是周期性的，则周期如何)并且控制被返回到步骤1310用于随后的测量。如果在1355处仍没有完成期望数量N个的测量，则在1360处指示重复测量并且控制通过1365返回到步骤1310以重复该测量。
图14A在1400处示出一个实施例，其中针对接收函数的判决1370包括在1405处选择一个或多个衰减(灵敏度)函数并在1410处为选择的每个衰减函数选择一个时间偏移。
图14B在1450处示出一个实施例，其中针对发射机的判决1375可选地包括在1455处改变发送脉冲周期并可选地在1460处选择该发送脉冲的非周期性(单次激发)启动。
图15在1500处示出图13的测量方案的一个变型，其中在1560处可选地使用附加信息复位接收机函数。在一些实施方案中，从用户和/或从系统的其它部件获得与设置接收机函数相关的信息作为预定参数。来自用户的预定参数可包括例如以下中的一个或多个：天气条件；选择多次激发测量平均以相对于单次激发测量提高精确度；基于用户对目标反射率的认识选择提高/降低接收机灵敏度；选择单次激发测量以获得快速扫描。来自系统的其它部件的预定参数可包括例如以下中的一个或多个：有限的可用系统数据存储器使得用较少的测量点完成扫描或无需存储某些数据(诸如扫描器头的旋转角度，它可从每次头旋转的点数量推断出)来完成扫描。与复位接收机函数有关的信息的实施例包括之前的扫描数据、调查数据、映射数据和/或其它可从中获得或估计目标的近似范围的数据。
在图16A、图16B和图16C中示出可被选择用于多种不同的目标的接收机衰减函数的实施例。图16A示出接收机衰减函数1610，其具有从时间t0到时间的值恒定的第一段1605和在从时间到时间的间隔期间值线性减小的第二段1610以及从时间直到复位的值恒定的第三段1615。函数1610接近1/R2的函数，其中在此以对数尺度示出衰减水平。
图16B示出接收机衰减函数1630，其具有从时间t0到时间的值恒定的第一段1635和从时间到时间值线性增加的第二段1640以及从时间直到复位的值恒定的第三段1650。函数1630可适合用于诸如建筑屋顶或圆形建筑的环境，其中距离增加并且信号增加，诸如由于改变在返回脉冲中产生更多功率的入射角度。
图16C示出由图16A和图16B的衰减函数组合形成的接收机衰减函数1660，其具有从时间t0到时间的值恒定的第一段1665和从时间到时间值线性减小的第二段1670以及从时间到时间值线性增加的第三段1675以及从时间到时间值线性减小的第四段1680以及从时间直到复位的值恒定的第五段1685。函数1660可适合用于复杂目标，在此实施例中依次用三个不同函数。
图17A是根据一些实施方案的电子距离测量的定时图。在时间tT处向发射机提供电子触发脉冲1705并使激光子系统在时间t0处发射发送脉冲1710。发送脉冲1710导致时间t1处的参考脉冲1715。该系统具有在、触发脉冲1705和发送脉冲1710之间的内建时延1720，以及发送脉冲1710和参考脉冲1715之间的时间偏移1725。在时间t2处接收返回脉冲1735。期望的脉冲传播时间1780是从t0到t2的间隔。
图17B在1750处例示了接收机灵敏度函数对时间的曲线图。函数1750包括代表时间t0处的触发脉冲和启动在时间t1处发射的激光脉冲时间偏移段1755。函数1755具有经过的时间段1760，在此期间灵敏度从最小灵敏度开始水平Smin逐渐增长到水平S(t2)。段1760代表在时间t1处发出的激光发送脉冲直到它在时间t2处作为返回脉冲被检测到所经过的飞行时间。段1755和1760一起代表如由接收机电子装置确定的发送脉冲的行进时间1780——从激光脉冲触发直到检测返回脉冲的时间。函数1750具有另一段1765，在此期间灵敏度从水平S(t2)继续逐渐增长到最大灵敏度水平Smax并保持在水平Smax直到在时间t3处发生复位1770。从时间t0直到时间t3的间隔代表最大可测量时间1785。
图18示意性地例示了针对在时间t0处发射的发送脉冲和在时间t2处接收的返回脉冲的接收机灵敏度函数对时间的曲线图1800。该接收机电子装置具有物理上限1805以及物理下限1810，高于上限检测不到未饱和的返回脉冲，低于下限检测不到返回脉冲。功率在该物理限度之间的区域以外的返回脉冲关于如何设置用于后续测量的接收机衰减提供的信息很少。因此定义的限度被设置在物理限度之间的区域内。定义的上限1815和定义的下限1820是独立于时间的。定义的上限1825和定义的下限1830是依赖于时间的。在定义的限度之内的有界区域1835是接收机电子装置的期望操作范围。
具有功率水平1840的返回脉冲指示衰减水平被适当地设置。具有功率水平1845的返回脉冲是在定义的限度1815处，仍是可测量的但表明需要调整用于后续测量的接收机衰减。具有相应功率水平1850、1855的返回脉冲在物理限度之内并且是可测量的，但在定义的限度1815之外并且因此指示需要调整用于后续测量的接收机衰减。
类似地，具有相应功率水平1860、1865的返回脉冲指示衰减水平被适当地设置。如果这些脉冲是顺序的，那么它们表明一个趋势，该趋势表明需要调整用于后续测量的接收机衰减的趋势。具有功率水平1870的返回脉冲是在定义的限度1830处，仍是可测量的但暗示需要调整用于后续测量的接收机衰减。具有功率水平1875的返回脉冲在该物理限度之内并且是可测量的，但在定义的限度1830之外并且因此指示需要调整用于后续测量的接收机衰减。
因此，在一些实施方案中，扫描参数被维持在预定的范围内。例如，控制到数字化返回脉冲的模数转换器(ADC)的输入信号的幅度，以避免达到最大或最小水平。在一些实施方案中，此幅度被维持在一个走廊，例如，在模数转换器的范围的20％到80％之内。
启动发射机并执行扫描直到信号幅度被带到期望的范围内：如果幅度太高，则衰减增加；如果幅度太低，则衰减减少。只要返回脉冲信号幅度在范围内，扫描继续，不改变参数。
一些实施方案使用一个或多个算法来预测预期的返回脉冲时间和/或幅度，以供在设置接收机衰减函数中使用。
例如，物体的扫描可导致可用在设置衰减函数中的各种模式。图19示出一个实施例，其中扫描器1905扫描圆形壁1910的内部。从该结构内部的合适位置扫描，与随机环境中扫描的一般情况相比，该壁更几乎垂直于每个发送脉冲的路径，诸如沿着路径1915和1920。
例如，沿着道路的扫描可导致可用在设置衰减函数中的其它模式。图20示出一个实施例，其中扫描器2005沿着多种发送脉冲路径2015、2020、2025、2030以规则的角度步长2035、2040、2045等扫描道路表面2010，以测量相应点2055、2060、2065、2070等。道路表面2010向每个发送脉冲的路径倾斜并且倾斜角随着每次测量变化，但对于大量的发送脉冲可能以可预测的模式。然而，旋转扫描器头在该头的每个360度旋转的相同角度步长处将经常遇到类似的测量。这可导致对设置用于后续测量的接收机衰减函数有用的以可识别模式在短和长之间交替的一系列点测量。
例如，扫描器2005在点2055和2060处可遇到类似的测量条件，和/或在点2065和2070处遇到类似的测量条件，并可使用类似点之间返回脉冲的趋势来预测对于一个预期返回脉冲所需的衰减水平。例如，该扫描器可使用来自点2055和其它类似点的测量数据来设置用于点2060的测量的衰减函数，并使用来自点2065和其它类似点的测量数据以设置用于点2070的测量的衰减函数。该预测可部分基于该扫描器的已知角度步长大小。该预测还可部分基于用户输入的预测提示，诸如该扫描是道路扫描因此具有在预测中有用的某些特性，或目标表面属于具有已知或可预测的反照率的某一类型。
在一些实施方案中，基于待扫描的内容(例如，建筑物、道路等)提供可选择的选项。在一些实施方案中，所述选项可由扫描设备的用户选择。在一些实施方案中，所述选项是自动选择的。在一些实施方案中，所述选项是基于多个发送脉冲的测量模式选择的。
图21示出对于扫描场景，返回脉冲输入功率Pin对时间t(对应于距离R)的曲线图，覆盖有接收机灵敏度对时间t的曲线图。第一序列的扫描点2102、2104、2106、2108对应于建筑物2175，第二序列的扫描点2110、2112对应于屋顶2180，第三序列的扫描点2114、2116、2118对应于道路2185以及第四序列的扫描点2120、2122、2124对应于壁2190。线2130代表中心而线2135、2140分别代表接收机灵敏度的上限和下限。
点之间的箭头指示扫描顺序。例如，依次扫描对应于建筑物2175的点2102、2104、2106、2108。该模式是可预测的，允许基于一个或多个在前测量选择接收机衰减函数(接收机灵敏度)。然而，目标从建筑物2175改变到屋顶2180导致点2108之后的测量不是预期的点2110，而是点2112。
本领域的普通技术人员将认识到，本发明的实施方案的详细描述仅是示例性的并非旨在受任何方式限制。得益于本发明的技术人员将易于想到本发明的其他实施方案。
详细参考附图中例示的本发明的实施方式。在所有的附图及下文的详细说明中，使用相同的指示符号指示相同或类似的部件。
为了清楚起见，本文中没有示出或描述所描述实施方式的所有常规特征。应理解的是，在任何这样的实际实施方式的研发过程中，应该理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，必须进行许多针对实施方式的决定以实现开发者的具体目标，诸如符合与应用相关的限制和与商业相关的限制，这些具体目标对于不同的实施方式以及不同的开发者是不同的。此外，应该理解，这样的开发努力可能是复杂而耗时的，但对受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言仍是常规工程任务。
根据本发明的实施方案，可使用多种类型的操作系统(OS)、计算机平台、固件、计算机程序、计算机语言和/或通用机器实施部件、处理步骤和/或数据结构。部分方法可作为在处理电路上运行的编程过程来运行。该处理电路可采用处理器和操作系统的众多组合形式，或是独立的设备。该处理可被实施为由这样的硬件、独立硬件或其任何组合执行的指令。软件可存储在机器可读的程序存储器设备上。使用面向对象编程语言可容易实施计算元件，诸如滤波器和滤波器组，使得根据需要实现每个所需的滤波器。
本领域技术人员应该意识到，在不脱离本文公开的发明理念的范围和精神的前提下，还可使用较少通用的设备，诸如硬件实现的设备、现场可编程逻辑设备(FPLD)(包括现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD))、专用集成电路(ASIC)等。
根据本发明的一个实施方案，该方法可部分地在数据处理计算机上实现，诸如便携式计算设备、个人计算机、工作站计算机、主机计算机或高性能服务器，这些数据处理计算机运行操作系统，诸如可从华盛顿州雷蒙德市的微软公司购买的或多种版本的Unix操作系统(诸如可从若干提供商购买的Linux)、或安卓版本的操作系统。所述方法还可被实现在多处理器系统上或被实现在包括多种外围设备(诸如输入设备、输出设备、显示器、定点设备、存储器、存储器设备、用于向一个或多个处理器传输数据和从一个或多个处理器传输数据的媒体接口等)的计算环境中。这样的计算机系统或计算环境可以局部联网或通过因特网联网。
可借助于计算机程序部分地实施任何上述方法和它们的实施方案。该计算机程序可被加载到如上文所描述的装置上。因此，本发明还涉及计算机程序，其中，当在装置上执行计算机程序时执行上述方法和它们的实施方案的任何一个的多个部分。
本发明还涉及计算机可读媒质或包括上述计算机程序的计算机程序产品。该计算机可读媒质或计算机程序产品可以是例如磁带、光盘、磁盘、磁光盘、CD ROM、DVD、CD、闪存单元等，其中该计算机程序被永久或临时存储。本发明还涉及具有用于执行本发明的任一方法的计算机可执行指令的计算机可读媒质(或计算机程序产品)。
本发明还涉及固件更新，适用于安装在已经在现场中的装置上，即，作为计算机程序产品送到现场的计算机程序。这适用于每个上述方法和装置。
下面是本文中所述的一些发明概念的概述：
1.一种测量距离的方法，包括：
a.选择多个测量参数，包括
衰减函数，
衰减启动时间，
衰减复位时间，以及
发射时间，
b.在该发射时间处发射光脉冲并且在该衰减启动时间处启动该衰减函数，
c.检测在一个最大可测量时间内是否接收到返回脉冲，
d.如果在该最大可测量时间内未接收到返回脉冲，则从步骤a.重新开始，以及
e.如果在该最大可测量时间内接收到返回脉冲，则：使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较以确定是否修改所述测量参数中的至少一个，并且如果确定修改，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量，以及通过重复步骤b.、c.和d.进行该另一个测量。
2.根据1所述的方法，其中，所选择的发射时间在该衰减启动时间之前。
3.根据1所述的方法，其中，所选择的发射时间晚于该衰减启动时间。
4.根据1-3之一所述的方法，其中，如果在该最大可测量时间期间检测到超过一个检测阈值的一个返回脉冲，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量包括选择将降低检测灵敏度的测量参数来进行该另一个测量。
5.根据4所述的方法，其中，选择将降低检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
6.根据1-3之一所述的方法，其中，如果在该最大可测量时间期间未检测到返回脉冲，则从步骤a.重新开始包括选择将提高检测灵敏度的测量参数来进行一个后续测量。
7.根据6所述的方法，其中，选择将提高检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
8.根据1-7之一所述的方法，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定该发射时间和返回脉冲接收时间之间的行进时间(t2-t0)。
9.根据1-8之一所述的方法，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定返回脉冲幅度。
10.根据1-9之一所述的方法，其中，所述至少一个定义的限度包括下列中的至少一个：返回脉冲幅度；以及该发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间。
11.根据1-10之一所述的方法，其中，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较包括根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征。
12.根据11所述的方法，其中，根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征包括根据所述多个之前的测量推断一个近似函数。
13.根据12所述的方法，其中，所述近似函数被确定为多个之前的测量值的平均。
14.根据12-13之一所述的方法，其中，所述近似函数包括直线函数、指数函数和周期性函数中的一个。
15.根据1-14之一所述的方法，其中，修改所述测量参数中的至少一个包括确定一个最佳测量参数组和一个可接受的测量参数组中的一个。
16.根据15所述的方法，其中，确定一个最佳测量参数组包括确定位于一个范围的中点附近的至少一个测量参数。
17.根据15所述的方法，其中，确定一个可接受的测量参数组包括确定位于一个范围内的至少一个测量参数。
18.根据1-17之一所述的方法，其中，确定该发射时间使得测量是多个周期性测量中的一个。
19.根据1-17之一所述的方法，其中，确定该发射时间使得测量是多个非周期性测量中的一个。
20.一种用于测量距离的装置，包括至少一个控制器、一个激光子系统和一个飞行时间计算机，其中所述装置适于
a.选择多个测量参数，包括
衰减函数，
衰减启动时间，
衰减复位时间，以及
发射时间，
b.在该发射时间处发射光脉冲并且在该衰减启动时间处启动该衰减函数，
c.检测在该衰减复位时间之前是否接收到返回脉冲，
d.如果在该衰减复位时间之前未接收到返回脉冲，则从步骤a.重新开始，以及
e.如果在该衰减复位时间之前接收到返回脉冲，则：使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较以确定是否修改所述测量参数中的至少一个，并且如果确定修改，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量，以及通过重复步骤b.、c.和d.进行该另一个测量。
21.根据20所述的装置，其中，所选择的发射时间在该衰减启动时间之前。
22.根据20所述的装置，其中，所选择的发射时间晚于该衰减启动时间。
23.根据20-22之一所述的装置，还适于确定在该最大可测量时间期间是否检测到超过一个检测阈值的返回脉冲，如果检测到，则通过选择将降低检测灵敏度的测量参数来进行另一个测量，修改所述测量参数中的至少一个以进行该另一个测量。
24.根据23所述的装置，其中，选择将减少检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
25.根据20-22之一所述的装置，还适于确定在一个最大可测量时间期间是否未检测到返回脉冲，如果未检测到，则修改所述测量参数中的至少一个以提高检测灵敏度，用于进行一个后续测量。
26.根据25所述的装置，其中，修改至少一个测量参数以提高检测灵敏度包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
27.根据20-26之一所述的装置，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定该发射时间和返回脉冲接收时间之间的行进时间(t2-t0)。
28.根据20-27之一所述的装置，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定返回脉冲幅度。
29.根据20-28之一所述的装置，其中，所述至少一个定义的限度包括下列中的至少一个：返回脉冲幅度；该发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间。
30.根据20-29之一所述的装置，其中，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较包括根据多个之前的测量确定该至少一个定义的限度的特征。
31.根据30所述的装置，其中，根据多个之前的测量确定至少一个定义的限度的特征包括根据所述多个之前的测量推断一个近似函数。
32.根据31所述的装置，其中，所述近似函数被确定为多个之前的测量值的平均。
33.根据31-32之一所述的装置，其中，所述近似函数包括直线函数、指数函数和周期性函数中的一个。
34.根据20-33之一所述的装置，其中，修改所述测量参数中的至少一个包括确定一个最佳测量参数组和一个可接受的测量参数组中的一个。
35.根据34所述的装置，其中，确定一个最佳测量参数组包括确定位于至少一个范围的中点附近的一组测量参数。
36.根据34所述的装置，其中，确定一个可接受的测量参数组包括确定位于至少一个范围内的一组测量参数。
37.根据20-36之一所述的装置，其中，确定该发射时间使得测量是多个周期性测量中的一个。
38.根据20-36之一所述的装置，其中，确定该发射时间使得测量是多个非周期性测量中的一个。
尽管已经基于详细的实施例描述了本发明，但是所述详细的实施例仅用于向技术人员提供更好的理解，并且不旨在限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求更确切地限定。

Claims (38)

1.一种测量距离的方法，包括：
a.选择多个测量参数，包括
衰减函数，
衰减启动时间，
衰减复位时间，以及
发射时间，
b.在该发射时间处发射光脉冲并且在该衰减启动时间处启动该衰减函数，
c.检测在一个最大可测量时间内是否接收到返回脉冲，
d.如果在该最大可测量时间内未接收到返回脉冲，则从步骤a.重新开始，以及
e.如果在该最大可测量时间内接收到返回脉冲，则：使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较以确定是否修改所述测量参数中的至少一个，并且如果确定修改，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量，以及通过重复步骤b.、c.和d.进行该另一个测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所选择的发射时间在该衰减启动时间之前。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所选择的发射时间晚于该衰减启动时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在该最大可测量时间期间检测到超过一个检测阈值的返回脉冲，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量包括选择将降低检测灵敏度的测量参数来进行该另一个测量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，选择将降低检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在该最大可测量时间期间未检测到返回脉冲，则从步骤a.重新开始包括选择将提高检测灵敏度的测量参数来进行一个后续测量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，选择将提高检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定该发射时间和返回脉冲接收时间之间的行进时间(t2-t0)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定返回脉冲幅度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个定义的限度包括下列中的至少一个：返回脉冲幅度；以及该发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较包括根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，根据多个之前的测量确定所述至少一个定义的限度的特征包括根据所述多个之前的测量推断一个近似函数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述近似函数被确定为多个之前的测量值的平均。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述近似函数包括直线函数、指数函数和周期性函数中的一个。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，修改所述测量参数中的至少一个包括确定一个最佳测量参数组和一个可接受的测量参数组中的一个。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，确定一个最佳测量参数组包括确定位于一个范围的中点附近的至少一个测量参数。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，确定一个可接受的测量参数组包括确定位于一个范围内的至少一个测量参数。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，确定该发射时间使得测量是多个周期性测量中的一个。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，确定该发射时间使得测量是多个非周期性测量中的一个。
20.一种用于测量距离的装置，包括至少一个控制器、一个激光子系统和一个飞行时间计算机，其中所述装置适于
a.选择多个测量参数，包括
衰减函数，
衰减启动时间，
衰减复位时间，以及
发射时间，
b.在该发射时间处发射光脉冲并且在该衰减启动时间处启动该衰减函数，
c.检测在该衰减复位时间之前是否接收到返回脉冲，
d.如果在该衰减复位时间之前未接收到返回脉冲，则从步骤a.重新开始，以及
e.如果在该衰减复位时间之前接收到返回脉冲，则：使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较以确定是否修改所述测量参数中的至少一个，并且如果确定修改，则修改所述测量参数中的至少一个以进行另一个测量，以及通过重复步骤b.、c.和d.进行该另一个测量。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所选择的发射时间在该衰减启动时间之前。
22.根据权利要求20所述的装置，其中，所选择的发射时间晚于该衰减启动时间。
23.根据权利要求20所述的装置，还适于确定在该最大可测量时间期间是否检测到超过一个检测阈值的返回脉冲，如果检测到，则通过选择将降低检测灵敏度的测量参数来进行另一个测量，修改所述测量参数中的至少一个以进行该另一个测量。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，选择将减少检测灵敏度的测量参数包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
25.根据权利要求20所述的装置，还适于确定在一个最大可测量时间期间是否未检测到返回脉冲，如果未检测到，则修改所述测量参数中的至少一个以提高检测灵敏度，用于进行一个后续测量。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，修改至少一个测量参数以提高检测灵敏度包括改变该衰减函数和该时间偏移中的至少一个。
27.根据权利要求20所述的装置，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定该发射时间和返回脉冲接收时间之间的行进时间(t2-t0)。
28.根据权利要求20所述的装置，其中，使用该返回脉冲的至少一个特性来确定测量距离包括确定返回脉冲幅度。
29.根据权利要求20所述的装置，其中，所述至少一个定义的限度包括下列中的至少一个：返回脉冲幅度；该发射时间和返回脉冲接收时间之间经过的时间。
30.根据权利要求20所述的装置，其中，将该返回脉冲的至少一个特性与至少一个定义的限度进行比较包括根据多个之前的测量确定该至少一个定义的限度的特征。
31.根据权利要求30所述的装置，其中，根据多个之前的测量确定至少一个定义的限度的特征包括根据所述多个之前的测量推断一个近似函数。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述近似函数被确定为多个之前的测量值的平均。
33.根据权利要求31所述的装置，其中，所述近似函数包括直线函数、指数函数和周期性函数中的一个。
34.根据权利要求20所述的装置，其中，修改所述测量参数中的至少一个包括确定一个最佳测量参数组和一个可接受的测量参数组中的一个。
35.根据权利要求34所述的装置，其中，确定一个最佳测量参数组包括确定位于至少一个范围的中点附近的一组测量参数。
36.根据权利要求34所述的装置，其中，确定一个可接受的测量参数组包括确定位于至少一个范围内的一组测量参数。
37.根据权利要求20所述的装置，其中，确定该发射时间使得测量是多个周期性测量中的一个。
38.根据权利要求20所述的装置，其中，确定该发射时间使得测量是多个非周期性测量中的一个。
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