JP6991034B2 - 光波距離計及びフィードバック信号の変調周波数決定方法 - Google Patents

光波距離計及びフィードバック信号の変調周波数決定方法 Download PDF

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Description

本発明は、変調された測距光を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射測距光を受光して、測距光を分割した内部参照光と反射測距光との位相差により測定対象物迄の距離を測定する光波距離計及びフィードバック信号の変調周波数決定方法に関するものである。
光波距離計に於いて、距離測定を高精度に行う為には、照射する測距光に混じるノイズを低減する必要がある。
測定対象物迄の距離を測定する光波距離計として、中間周波数(IF:Intermediate Frequency)を用いるスーパーへテロダイン方式の光波距離計がある。
スーパーヘテロダイン方式の光波距離計は、2つの信号の周波数差を中間周波数へと変換し、変換された中間周波数を増幅して用いるものであり、複雑なカウンタ回路等を用いることなく高い周波数に変調した測距光を用いた測距が行える。
然し乍ら、スーパーヘテロダイン方式の光波距離計は、位相同期回路(PLL:Phase Locked Loop)にて、比較器に入力されるフィードバック信号に於ける周波数のスプリアス(不要な周波数成分)が中間周波数に混じることがある。
フィードバック信号のスプリアスが中間周波数に混じった場合、測距に於けるノイズの1つである周期性誤差(サイクリックエラー)を引起こし、測距精度の低下を招く虞れがある。
特許第4330902号公報
本発明は、測距結果に対するノイズの影響を低減し、測距精度の向上を図る光波距離計及びフィードバック信号の変調周波数決定方法を提供するものである。
本発明は、測距光を発する発光素子と、前記測距光が所定の周波数でバースト発光される様前記発光素子に所定の信号を出力する発光素子駆動回路とを有する測距光射出部と、前記測距光の一部を内部参照光として分割する光路分割部材と、測定対象物からの反射測距光及び前記内部参照光を受光しそれぞれ受光信号を発する受光素子と、前記受光信号に基づき中間周波数信号を生成する受光回路と、該受光回路を制御し、各受光信号を基に前記測定対象物迄の距離を演算する制御演算部とを具備し、前記受光回路は所定周波数の基準信号を出力する基準信号発生器と、入力される信号の電圧に応じた周波数を有するローカル信号及びフィードバック信号を出力する電圧制御発振器と、前記ローカル信号と前記受光信号に基づき前記中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、比較器と、ループフィルタとを有し、前記比較器は前記基準信号と前記フィードバック信号の位相差に基づき比較信号を出力し、前記ループフィルタは前記比較信号を電圧信号として前記電圧制御発振器に出力し、該電圧制御発振器は前記比較信号に基づき前記フィードバック信号を前記基準信号と同期させ、前記制御演算部は、前記中間周波数信号をサンプリングして得られたサンプリング信号をDFT処理して得られる曲線上で、該サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と、前記フィードバック信号の周波数とを一致させる光波距離計に係るものである。
又本発明は、前記基準信号の周波数を整数分の1倍する第1分周器と、前記フィードバック信号の周波数を整数分の1倍する第2分周器とを更に具備し、前記制御演算部は、前記比較器に入力される前記フィードバック信号の周波数が、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と一致する様に前記第1分周器と前記第2分周器の倍率を設定する光波距離計に係るものである。
又本発明は、前記制御演算部は、前記フィードバック信号の周波数が、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と一致する様に前記サンプリング信号の区間幅を変更する光波距離計に係るものである。
更に又本発明は、電圧制御発振器から出力されるローカル信号と受光信号に基づき中間周波数信号を発し、中間周波数信号を発する受光回路を有し、測距光の一部を分割した内部参照光と測定対象物からの反射測距光との位相差により前記測定対象物迄の距離を測定する光波距離計に於いて、前記中間周波数信号をサンプリングして得られたサンプリング信号をDFT処理し、DFT処理により得られる曲線上で、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と、フィードバック信号の周波数とを一致させるフィードバック信号の変調周波数決定方法に係るものである。
本発明によれば、測距光を発する発光素子と、前記測距光が所定の周波数でバースト発光される様前記発光素子に所定の信号を出力する発光素子駆動回路とを有する測距光射出部と、前記測距光の一部を内部参照光として分割する光路分割部材と、測定対象物からの反射測距光及び前記内部参照光を受光しそれぞれ受光信号を発する受光素子と、前記受光信号に基づき中間周波数信号を生成する受光回路と、該受光回路を制御し、各受光信号を基に前記測定対象物迄の距離を演算する制御演算部とを具備し、前記受光回路は所定周波数の基準信号を出力する基準信号発生器と、入力される信号の電圧に応じた周波数を有するローカル信号及びフィードバック信号を出力する電圧制御発振器と、前記ローカル信号と前記受光信号に基づき前記中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、比較器と、ループフィルタとを有し、前記比較器は前記基準信号と前記フィードバック信号の位相差に基づき比較信号を出力し、前記ループフィルタは前記比較信号を電圧信号として前記電圧制御発振器に出力し、該電圧制御発振器は前記比較信号に基づき前記フィードバック信号を前記基準信号と同期させ、前記制御演算部は、前記中間周波数信号をサンプリングして得られたサンプリング信号をDFT処理して得られる曲線上で、該サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と、前記フィードバック信号の周波数とを一致させるので、前記ローカル信号の周波数に存在するスプリアスに起因する周期性誤差の影響を測距結果から除去することができる。
又本発明によれば、電圧制御発振器から出力されるローカル信号と受光信号に基づき中間周波数信号を発し、中間周波数信号を発する受光回路を有し、測距光の一部を分割した内部参照光と測定対象物からの反射測距光との位相差により前記測定対象物迄の距離を測定する光波距離計に於いて、前記中間周波数信号をサンプリングして得られたサンプリング信号をDFT処理し、DFT処理により得られる曲線上で、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と、フィードバック信号の周波数とを一致させるので、前記ローカル信号の周波数に存在するスプリアスに起因する周期性誤差の影響を測距結果から除去することができるという優れた効果を発揮する。
本発明の実施例に係る光波距離計の基本構成を示す構成図である。 該光波距離計に於ける受光回路を示す構成図である。 図2の電圧制御発振器から出力したローカル信号のスペクトルを測定した図であり、(A)は比較器に入力される周波数が高い場合を示す説明図であり、(B)は比較器に入力される周波数が低い場合を示す説明図である。 (A)は、中間周波数信号をサンプリングしたサンプリング信号を示すグラフであり、(B)は該サンプリング信号をDFT処理して得られる曲線を示すグラフである。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
先ず、図1に於いて、光波距離計1の基本構成を説明する。
発光素子2(例えば、レーザダイオード:LD)は、発光素子駆動回路3によって所定周波数に強度変調されたレーザ光線を射出する。該レーザ光線は、光路分割部材であるハーフミラー4によって測距光5と内部参照光6とに分割される。前記ハーフミラー4を透過した前記測距光5は、対物レンズ7を透して測定対象物(図示せず)に照射される。該測定対象物で反射された反射測距光5′は、対物レンズ7′、ハーフミラー8を通して受光素子9に受光される。尚、該受光素子9としては、フォトダイオード、例えばアバランシフォトダイオード(APD)が用いられている。
前記発光素子2、前記発光素子駆動回路3等は、測距光射出部を構成し、前記受光素子9、受光回路11(後述)等は、受光信号処理部を構成する。基準信号発生器16は、前記発光素子駆動回路3と前記受光回路11に基準信号23を出力する。
前記ハーフミラー4で反射された前記内部参照光6は、前記反射測距光5′の光路上の前記ハーフミラー8で反射され、前記受光素子9に受光される。
前記測距光5の光路と前記内部参照光6の光路に掛渡り、光路切替え器12が設けられている。該光路切替え器12は、駆動回路13によって光路の切替えが行われ、前記反射測距光5′と前記内部参照光6とが交互に前記受光素子9に受光される。該受光素子9の受光信号は、前記受光回路11に入力される。
該受光回路11は、前記受光素子9からの受光信号30(後述)を増幅、A/D変換する等、所要の信号処理を実行する中で、中間周波数信号33(後述)を生成する。
制御演算部14は、前記発光素子駆動回路3を制御し、該発光素子駆動回路3を介して前記発光素子2の発光状態を制御する。又、前記制御演算部14は、前記駆動回路13を制御し、前記受光素子9に入射する前記反射測距光5′と前記内部参照光6との切替えを行う。
又、前記制御演算部14は、前記受光信号30から前記内部参照光6と前記反射測距光5′との位相差(受光時間差)を求めて距離を演算している。又、前記内部参照光6と前記反射測距光5′との位相差を求めることで、前記受光回路11のドリフト等、回路上の不安定要素が除去される。更に前記制御演算部14は、前記中間周波数信号33に基づき、離散フーリエ変換(DFT:discrete Fourier transform)処理等所定の処理を行う。
前記制御演算部14は、記憶部15に格納された各種プログラムを実行し、距離測定に必要な所要の演算を実行する。
更に、前記制御演算部14は、前記発光素子駆動回路3を介して、前記発光素子2が断続的に発光(バースト発光)する様、該発光素子2を制御する。
前記記憶部15には、測距に必要な演算の為の各種プログラムが格納されている。例えば、前記受光回路11から出力される信号を増幅、A/D変換する等の信号処理を実行する為の信号処理プログラム、前記受光回路11から出力される前記中間周波数信号33をサンプリングし、サンプリングしたバースト波形に対して(DFT)処理を実行する為の演算プログラム、前記発光素子2を所望の周波数で発光させる為の発光処理信号34の周波数を決定する演算プログラム等が格納されている。又、前記記憶部15には、測距結果、演算結果等の各種データが格納される。
図2は、本発明の実施例に係る前記受光回路11の概略構成図を示している。尚、前記基準信号発生器16を前記受光回路11に含めてもよい。
前記受光回路11は、第1分周器10と、比較器17と、ループフィルタ18と、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)19と、第2分周器21と、中間周波数信号生成器22とを有し、前記基準信号発生器16からの前記基準信号23が入力される様になっている。又、前記受光回路11は、位相同期回路(PLL:Phase Locked Loop)を構成している。
前記基準信号発生器16は、例えば30MHzの前記基準信号23を出力する。又、前記電圧制御発振器19は、入力された信号の電圧に対応した周波数(ローカル周波数)の信号を出力するものであり、例えば120MHzのローカル信号26を発すると共に、該ローカル信号26と同様の周波数のフィードバック信号(FD信号)24′を出力する。
前記基準信号発生器16から発せられた前記基準信号23は、前記第1分周器10を介して、第1分周信号20として前記比較器17に入力される。又、前記電圧制御発振器19から発せられた前記フィードバック信号24′は、前記第2分周器21を介して、フィードバック信号24として前記比較器17に入力される。
前記第1分周器10は、分周比を任意に変更可能であり、前記基準信号発生器16からの前記基準信号23の周波数を1/m倍(mは整数)する。即ち、前記第1分周信号20は、前記基準信号23の周波数を1/m倍した周波数の信号となる。
又、前記第2分周器21は、分周比を任意に変更可能であり、前記電圧制御発振器19からの前記フィードバック信号24′の周波数を1/n倍(nは整数)する。即ち、前記フィードバック信号24は、前記フィードバック信号24′の周波数を1/n倍した周波数の信号となる。
位相同期回路では、前記比較器17に同じ周波数の2つの信号が入力され、該比較器17により2つの信号の位相差が求められる。本実施例では、前記第1分周信号20と前記フィードバック信号24の周波数が等しくなる。ここで、前記基準信号23の周波数は30MHzであり、前記ローカル信号26のローカル周波数を120MHz、前記第1分周信号20の周波数を5MHzとしたい場合、m=6、n=24となる。
尚、後述するスプリアスの周波数は、前記比較器17に入力される信号の周波数により決定される。従って、前記第1分周器10と前記第2分周器21の倍率を変更することで、スプリアスの周波数を制御することができる。
一方で、前記第1分周信号20と前記フィードバック信号24とでは、位相にズレが生じている。前記比較器17は、前記第1分周信号20の位相と前記フィードバック信号24の位相とを比較し、前記第1分周信号20と前記フィードバック信号24のズレ(位相の差分)を比較信号25として出力する。該比較信号25の周波数は、前記第1分周信号20、前記フィードバック信号24の周波数と等しく、例えば5MHzである。
前記比較信号25は、前記ループフィルタ18へと入力される。該ループフィルタ18は、例えばローパスフィルタであり、前記比較信号25から交流成分を取除き、又位相差を直流電圧信号に変換し、比較信号25′として前記電圧制御発振器19にフィードバックされる。
該電圧制御発振器19は、前記ループフィルタ18から入力された前記比較信号25′の電圧に基づき、前記第1分周信号20と前記フィードバック信号24との周波数差が0となる様に前記フィードバック信号24′、前記ローカル信号26を出力する。従って、前記電圧制御発振器19からは、前記第1分周器10から発せられる前記第1分周信号20のn倍の周波数で、位相が同期した前記ローカル信号26が前記中間周波数信号生成器22に出力される。
該中間周波数信号生成器22は、前記ローカル信号26と、前記受光素子9から入力された受光信号30とに基づき、中間周波数(fIF)を有する前記中間周波数信号33を前記制御演算部14に出力する。尚、前記ローカル信号26の周波数を120MHz、前記受光信号30の周波数を120+7.5MHzとした場合、前記中間周波数信号33の周波数(中間周波数)は7.5MHzとなる。
ここで、前記光波距離計1により測距を行う場合、先ず前記発光素子2が発光駆動され、更に該発光素子2は前記測距光5をバースト発光する。尚、本実施例では、バースト周期を10μsec(100KHz)、バースト区間幅を1μsec(1MHz)として前記測距光5をバースト発光している。
前記制御演算部14は、前記受光素子9に受光された前記反射測距光5′の受光信号と、前記内部参照光6の受光信号のいずれかに基づき、前記受光回路11で生成された前記中間周波数信号33について、所定の区間幅分だけサンプリングする。又、前記制御演算部14は、サンプリングした前記中間周波数信号33(サンプリング信号)に対しDFT処理を行う。
又、前記制御演算部14は、前記中間周波数信号33に対してDFT処理を行い、位相を求める場合に得られる周波数の中で、前記反射測距光5′と前記内部参照光6との位相差を求め、該位相差に基づき測定対象物迄の距離を演算する。
図3(A)、図3(B)は、前記ローカル信号26と前記比較信号25のスプリアス28a,28b(不要な周波数成分)との関係を示したグラフである。尚、図3(A)は前記比較器17に入力される前記フィードバック信号24のフィードバック周波数(±fFD)を高くした場合を示し、図3(B)は該フィードバック周波数を低くした場合を示している。
図3(A)、図3(B)に示す様に、前記スプリアス28a,28bは前記ローカル信号26のローカル周波数(fL)から前記フィードバック信号24のフィードバック周波数(±fFD)だけ離れた位置に発生する。例えば、ローカル周波数を120MHz、前記フィードバック周波数を5MHzとした場合、前記スプリアス28a,28bは120±5MHzの位置に発生する。
前記中間周波数を7.5MHzとした場合、前記スプリアス28aは5MHzの位置に発生する。
又、図3(A)、図3(B)に示す様に、前記比較器17に入力される前記フィードバック信号24のフィードバック周波数が高い場合には、前記ローカル周波数に対して遠い位置に前記スプリアス28a,28bが生じ、前記フィードバック周波数が低い場合には、前記ローカル周波数に対して近い位置に前記スプリアス28a,28bが生じる。
前記フィードバック周波数が適切である場合、図3(A)に示す様に、前記スプリアス28a,28bは前記ローカル信号26の信号領域(グラフの幅)27よりも外側に生じる。一方で、前記フィードバック周波数が適切ではない場合、図3(B)に示す様に、前記スプリアス28a,28bが前記信号領域27の内部に存在する場合、前記スプリアス28a,28bが周期性誤差としてDFT処理結果に大きく影響してしまう。
前記スプリアス28a,28bが周期性誤差としてDFT処理結果に影響すると、測距結果に周期性誤差が混じり、測距精度の低下を招く。
以下、図4(A)、図4(B)を用い、測距結果に周期性誤差が影響を及ぼさない様な、前記フィードバック周波数の決定方法について説明する。
図4(A)は、中間周波数(fIF)を有する前記中間周波数信号33のサンプリング例を示したものである。尚、図4(A)では、前記中間周波数信号33のうち、10μsec(100KHz)のバースト波形29をサンプリング処理し、サンプリング信号32としている。又、図4(B)は、該サンプリング信号32に対して、DFT処理することで得られた周波数分布曲線(以下、曲線31)を示している。
該曲線31は、DFT処理により得られた各周波数に於ける振幅を線で結んだものとなっている。前記曲線31は、前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数に於いて、出力が0となる波形形状となっている。ここで、前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数とは、該サンプリング信号32が有する周波数との相関がない(0となる)周波数、即ち所定区間で2つの周波数の積分値が0となる周波数を示す。
上記した様に、前記曲線31に於いて、前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数は、演算の結果0となる周波数である。即ち、前記直交する周波数は、測距の演算結果に影響を及ぼさない周波数である。尚、隣接する前記直交する周波数間の間隔は、前記バースト波形29の1周期分の周波数と等しくなっている。
前記フィードバック周波数(fFD)が前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数(例えば、図4(B)中周波数fa の点)と一致していた場合、該直交する周波数に前記スプリアス28a,28bが生じる。この為、該スプリアス28a,28bに起因する周期性誤差が測距演算結果に影響を及ぼすことがない。
一方で、前記フィードバック周波数(fFD)が前記サンプリング信号32が有する周波数とは直交しない周波数(例えば、図4(B)中周波数fb の点)であった場合、該直交しない周波数、即ち演算の結果0とならない周波数に前記スプリアス28a,28bが生じる。この為、該スプリアス28a,28bに起因する周期性誤差が測距演算結果に影響を及ぼすこととなる。
従って、前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数(前記曲線31上で出力が0となる周波数)fa 、fa ′と、前記フィードバック周波数(fFD)とが一致する様、該フィードバック周波数を設定し、前記直交する周波数に前記スプリアス28a,28bが生じる様にする。これにより、周波数fa 、fa ′に存在するスプリアスに起因する周期性誤差が、測距結果に影響を及ぼすのを防止することができる。
前記制御演算部14は、前記フィードバック周波数が決定された周波数となる様、前記第1分周器10と前記第2分周器21の倍率を設定する。尚、条件を満たす周波数が複数ある場合には、前記フィードバック周波数の候補として決定する。
従って、測距を行なう際のノイズの1つである周期性誤差を測距結果から除去することができ、前記光波距離計1の測距精度を向上させることができる。
尚、本実施例では、前記制御演算部14が前記第1分周器10と前記第2分周器21の倍率を設定し、前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数(前記曲線31の出力が0となる位置)に前記スプリアス28a,28bが発生する様、該スプリアス28a,28bの発生位置を調整することで、周期性誤差の測距演算結果への影響を防止している。
一方で、前記スプリアス28a,28bの発生位置を固定とし、前記曲線31の波形形状(前記直交する周波数)を調整し、該曲線31の出力が0となる位置に前記スプリアス28a,28bが発生する様にしてもよい。
前記曲線31の波形形状は、前記中間周波数、バースト周期、バースト区間等により決定される。又、前記曲線31の波形形状は、前記制御演算部14がサンプリング処理する前記中間周波数信号33の区間幅によっても変化する。
上記した様に、前記制御演算部14によりサンプリングする前記中間周波数信号33の区間幅を調整させることで、前記曲線31の波形形状、即ち前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数を変更することができる。
従って、前記第1分周信号20や前記ローカル信号26の周波数を固定とした場合や、回路組立て後に前記サンプリング信号32が有する周波数と直交しない周波数に前記スプリアス28a,28bが発生することが判明した場合等であっても、前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数と、前記フィードバック周波数とを一致させることができる。この為、前記スプリアス28a,28bを前記サンプリング信号32が有する周波数と直交する周波数に生じさせることができ、周期性誤差の測距演算結果への影響を防止することができる。
1 光波距離計
2 発光素子
3 発光素子駆動回路
5 測距光
6 内部参照光
9 受光素子
10 第1分周器
14 制御演算部
15 記憶部
16 基準信号発生器
17 比較器
18 ループフィルタ
19 電圧制御発振器
21 第2分周器
22 中間周波数信号生成器
23 基準信号
24 フィードバック信号
25 比較信号
26 ローカル信号
31 曲線
32 サンプリング信号
33 中間周波数信号

Claims (3)

  1. 測距光を発する発光素子と、前記測距光が所定の周波数でバースト発光される様前記発光素子に所定の信号を出力する発光素子駆動回路とを有する測距光射出部と、前記測距光の一部を内部参照光として分割する光路分割部材と、測定対象物からの反射測距光及び前記内部参照光を受光しそれぞれ受光信号を発する受光素子と、前記受光信号に基づき中間周波数信号を生成する受光回路と、該受光回路を制御し、各受光信号を基に前記測定対象物迄の距離を演算する制御演算部とを具備し、
    前記受光回路は所定周波数の基準信号を出力する基準信号発生器と、入力される信号の電圧に応じた周波数を有するローカル信号及びフィードバック信号を出力する電圧制御発振器と、前記ローカル信号と前記受光信号に基づき前記中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、比較器と、ループフィルタと、前記基準信号の周波数を整数分の1倍する第1分周器と、前記フィードバック信号の周波数を整数分の1倍する第2分周器とを有し、
    前記比較器は前記第1分周器を介して入力される前記基準信号と前記第2分周器を介して入力される前記フィードバック信号の位相差に基づき比較信号を出力し、前記ループフィルタは前記比較信号を電圧信号として前記電圧制御発振器に出力し、該電圧制御発振器は前記比較信号に基づき前記フィードバック信号を前記基準信号と同期させ、
    前記制御演算部は、前記中間周波数信号をサンプリングして得られたサンプリング信号をDFT処理して得られる曲線上で、該サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と前記フィードバック信号の周波数とが一致する様に前記第2分周器の倍率を設定し、前記基準信号の周波数と前記フィードバック信号の周波数とが一致する様に前記第1分周器の倍率を設定する光波距離計。
  2. 前記制御演算部は、前記フィードバック信号の周波数が、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数と一致する様に、サンプリングする前記中間周波数信号の区間幅を変更し、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数を変更する請求項1に記載の光波距離計。
  3. 電圧制御発振器から出力されるローカル信号と受光信号に基づき中間周波数信号を発し、中間周波数信号を発すると共に、周波数を整数分の1倍する第1分周器を介して基準信号発生器から発せられた基準信号と、周波数を整数分の1倍する第2分周器を介して前記電圧制御発振器から発せられたフィードバック信号との位相差に基づき前記フィードバック信号と前記基準信号を同期させる受光回路を有し、測距光の一部を分割した内部参照光と測定対象物からの反射測距光との位相差により前記測定対象物迄の距離を測定する光波距離計に於いて、前記中間周波数信号をサンプリングして得られたサンプリング信号をDFT処理し、DFT処理により得られる曲線上で、前記サンプリング信号が有する周波数と直交する周波数とフィードバック信号の周波数とが一致する様に前記第2分周器の倍率を設定し、前記基準信号の周波数と前記フィードバック信号の周波数とが一致する様に前記第1分周器の倍率を設定するフィードバック信号の変調周波数決定方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022135319A (ja) * 2021-03-05 2022-09-15 株式会社トプコン 光波距離計および光学的ノイズ信号の算出方法
CN114397667A (zh) * 2021-12-29 2022-04-26 西安电子科技大学 一种星间测距系统、方法、设备及数据处理终端

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009258006A (ja) 2008-04-18 2009-11-05 Sokkia Topcon Co Ltd 光波距離計
US20140307248A1 (en) 2011-11-04 2014-10-16 Leica Geosystems Ag Distance-measuring device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3423754A (en) 1967-01-13 1969-01-21 Ibm Sampled radar system
JPH05264723A (ja) * 1992-03-23 1993-10-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 測距装置
JP2006521536A (ja) * 2002-11-26 2006-09-21 ジェームス エフ. マンロ 高精度の距離測定装置およびその方法
US20050083513A1 (en) * 2002-12-20 2005-04-21 Rogers Philip L. Quadrature processed lidar system
JP4330902B2 (ja) 2003-03-06 2009-09-16 モトローラ・インコーポレイテッド 通信端末機
EP1672382A1 (de) 2004-12-18 2006-06-21 Leica Geosystems AG Einkanal-Heterodyn -Distanzmessverfahren
JP5014382B2 (ja) 2009-06-17 2012-08-29 株式会社 ソキア・トプコン 光波距離計
EP3690488B1 (de) * 2014-03-25 2022-12-14 Elmos Semiconductor SE Sensorsystem zur erkennung mindestens eines objekts in einer übertragungsstrecke
JP6254741B1 (ja) * 2017-07-19 2017-12-27 株式会社Epark 順番待ちシステム、順番待ち管理装置、順番待ち行列の制御方法、及びプログラム
US10534084B2 (en) * 2017-07-27 2020-01-14 Blackmore Sensors & Analytics, Llc Method and system for using square wave digital chirp signal for optical chirped range detection
CN109425866A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 姚晓天 应用光电振荡器(oeo)的光测距雷达(lidar)和光频域反射计(ofdr)系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009258006A (ja) 2008-04-18 2009-11-05 Sokkia Topcon Co Ltd 光波距離計
US20140307248A1 (en) 2011-11-04 2014-10-16 Leica Geosystems Ag Distance-measuring device

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