CN118033655A - 用于扩大调频连续波测距范围的测距装置及测距方法 - Google Patents

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CN118033655A CN202410334394.8A CN202410334394A CN118033655A CN 118033655 A CN118033655 A CN 118033655A CN 202410334394 A CN202410334394 A CN 202410334394A CN 118033655 A CN118033655 A CN 118033655A
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Abstract

本发明描述一种用于扩大调频连续波测距范围的测距装置及测距方法，测距装置用于测量目标的距离且包括延时网络；延时网络用于将测距装置的测距范围划分为多个距离区间且包括与多个距离区间相匹配的多个预设延时参数，延时网络接收参考光并输出至少一路延时参考光，延时参考光具有与参考光相匹配的预设延时参数，其中，至少一路延时参考光用于与由目标散射测量光而形成的返回光获得至少一路干涉信号，至少一路干涉信号与目标位于的距离区间相匹配，至少一路干涉信号和距离区间用于获取目标的距离。由此，能够在扩展测距范围的同时降低干涉信号的中频频率，提高测距的分辨率。

Description

用于扩大调频连续波测距范围的测距装置及测距方法
本申请是申请日为2023年11月22日、申请号为2023115649057、发明名称为用于扩展调频连续波测距范围的方法及装置的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及激光测量技术领域，具体涉及一种用于扩大调频连续波测距范围的测距装置及测距方法。
背景技术
在激光测距中，基于线性调频连续波(Linear Frequency-Modulated ContinuousWave，LFMCW)进行测距的方式是一种常用的技术。具体而言，基于LFMCW的测距装置在调频周期内向被测物体(也可以称为目标)发射频率线性变化的发射光(即：线性调频连续光)，目标将发射光散射后的形成返回光，并且返回光与发射光发生干涉，产生携带目标的距离信息的干涉信号，对应干涉信号是以固定频率(可以简称为中频频率)变化的正余弦时变信号，通过测量干涉信号的中频频率可以获得目标与测距装置之间的测量距离，并且中频频率与测量距离成正比。
在现有技术中，当测量距离较大时，干涉信号的中频频率也较大，测距装置需要设计较高采样速率的处理电路。为了满足较高的采用速率，往往会增加电路设计的复杂性，例如，需要更好的电磁兼容性设计、更大的存储容量和更高的数据传输带宽、以及更严格的时序分析等，从而降低了处理电路的可靠性。
另外，根据现有技术得知，测量距离也受到调频周期的限制。为了能够获得较大的测量距离，在另外一种现有技术中，通过减少发射光的调频带宽和扩大调频周期，以实现扩展测距***的测距范围，虽然该现有技术降低了干涉信号的中频频率，但是该现有技术存在测距分辨率较低的缺陷。
发明内容
本发明有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种用于扩展调频连续波测距范围的方法及装置，能够在扩展测距范围的同时降低干涉信号的中频频率，以简化处理电路的设计，提高电路的可靠性，同时能够减少调频带宽和调频周期对测量距离范围的限制，提高测距的分辨率。
为此，本发明的第一方面提供一种用于扩展调频连续波测距范围的方法，是利用测距装置测量目标的距离的方法，所述测距装置包括用于将所述测距装置的测距范围划分为多个距离区间的延时网络，所述延时网络包括与所述多个距离区间相匹配的多个预设延时参数，所述用于扩展调频连续波测距范围的方法包括：令测量光输出至所述目标并获取所述目标散射所述测量光形成的返回光；令参考光输入至所述延时网络，以使所述延时网络输出至少一路延时参考光，所述延时参考光具有与所述参考光相匹配的所述预设延时参数；基于所述至少一路延时参考光与所述返回光获得至少一路干涉信号，所述至少一路干涉信号与所述目标位于的所述距离区间相匹配；并且基于所述距离区间和所述至少一路干涉信号获得所述目标的距离。
在本发明的第一方面提供的一种用于扩展调频连续波测距范围的方法中，通过将测量光输出至目标并获取返回光，将参考光输入延时网络获得至少一路延时参考光，并且与输入延时网络前的参考光相比较，延时参考光具有与参考光相匹配且预设已知的预设延时参数，换言之，延时网络的作用是相当于保持目标的位置不变，变相地将测距装置向靠近目标的方向移动已知的距离，由此能够减少参考光与返回光之间的频率差，也即与参考光和返回光发生干涉形成的干涉信号相比，延时参考光与返回光发生干涉形成的干涉信号的中频频率相应地减小了。另外，在本发明的第一方面提供的扩展测距范围的方法中，通过基于判断返回光与至少一路延时参考光是否发生干涉以产生干涉信号，能够将测距范围划分为多个距离区间，由此，当对目标的距离进行测量时，能够获知目标的距离所在的距离区间，从而能够便于选择所匹配的干涉信号计算目标的距离。由此，通过本发明第一方面提供的扩展测距范围的方法，能够减少测距装置的处理电路的采样速率及相关电路设计的复杂性，从而能够有利于突破干涉信号的中频频率以及调频带宽和调频周期对测距范围的限制，进而能够扩展测距装置的测距范围，而且由于将测距范围划分成了多个小的距离区间，从而在各个距离区间内，能够有利于通过增大调频带宽，以增大测距的分辨率。
另外，根据本发明的第一方面所涉及的用于扩展调频连续波测距范围的方法，可选地，所述延时网络包括多路延时路径，各路所述延时路径具有与各个所述距离区间一一对应的所述预设延时参数。在这种情况下，能够根据目标的距离不同，选用具有合适的预设延时参数的延时参考光与返回光发生干涉，例如当目标的距离较小时，能够选用具有较小的预设延时参数的延时参考光与返回光发生干涉，当目标的距离较大时，能够选用具有较大的预设延时参数的延时参考光与返回光发生干涉，从而能够有利于突破干涉信号的中频频率以及调频带宽和调频周期对测距范围的限制，由此能够扩展测距装置的测距范围，而且由于将测距范围划分成了多个小的距离区间，从而在各个距离区间内，能够有利于通过增大调频带宽能够，以增大测距的分辨率。
另外，根据本发明的第一方面所涉及的用于扩展调频连续波测距范围的方法，可选地，包括基于所述至少一路干涉信号获得用于表征所述延时网络输出的延时参考光是否与所述返回光进行干涉的组合编码，基于所述组合编码获得所述目标位于的所述距离区间。在这种情况下，当对目标的距离进行测量时，测距装置能够通过获取组合编码确定目标的距离所在的距离区间，通过组合编码的形式，有利于通过数字化处理实现扩展测距范围的方法。
另外，根据本发明的第一方面所涉及的用于扩展调频连续波测距范围的方法，可选地，所述延时网络包括多路延时路径，所述用于扩展调频连续波测距范围的方法包括基于所述多个距离区间将所述多路延时路径划分为至少两类量程路径，所述量程路径与所述至少一个距离区间相匹配；基于所述至少一路干涉信号获得与所述目标位于的所述距离区间相匹配的所述量程路径；基于所述至少一路干涉信号和所述量程路径获得与所述量程路径相匹配的组合编码；并且基于与所述量程路径相匹配的组合编码获得所述目标位于的距离区间。在这种情况下，当对目标的距离进行测量时，能够基于干涉信号初步判断目标的距离所在的量程及对应的量程路径，并能够基于所在的量程确定要使用的延时路径，从而能够减少对干涉信号检测的工作量，及减少组合编码的位数，由此能够提高测距的效率。
另外，根据本发明的第一方面所涉及的用于扩展调频连续波测距范围的方法，可选地，包括基于所述距离区间获得匹配预设条件的所述预设延时参数作为目标延时参数，所述预设条件为所述干涉信号不小于预设阈值；基于所述目标延时参数、所述至少一路干涉信号、以及所述测量光的***参数获得所述目标的距离。在这种情况下，当确定了目标的距离所在的距离区间，能够选用符合预设条件的干涉信号来计算目标的距离，由此能够提高测距的准确度。
另外，根据本发明的第一方面所涉及的用于扩展调频连续波测距范围的方法，可选地，所述预设延时参数配置为使所述距离区间对应的关系曲线中至少一个的关系曲线具有单调区间，并且不同所述距离区间中涉及的所述干涉信号的种类组合是不相同的。由此，能够便于距离区间的划分，简化测量距离的计算过程。
本发明的第二方面提供一种用于扩展调频连续波测距范围的装置，是用于测量目标的距离的装置，包括：发生模块、用于将所述装置的测距范围划分为多个距离区间的延时网络、耦合模块、以及处理模块，所述延时网络包括与所述多个距离区间相匹配的多个预设延时参数；所述发生模块发射的光波包括测量光和参考光，所述测量光输出至所述目标，所述装置获取所述目标散射所述测量光形成的返回光；所述参考光输入至所述延时网络，并且所述延时网络输出至少一路延时参考光，所述延时参考光具有与所述参考光相匹配的所述预设延时参数；所述至少一路延时参考光分别与所述返回光传输至所述耦合模块，所述耦合模块输出至少一路干涉信号至所述处理模块，所述至少一路干涉信号与所述目标位于的所述距离区间相匹配；所述处理模块基于所述距离区间和所述至少一路干涉信号获得所述目标的距离。
在本发明的第二方面提供的装置中，通过设置延时网络，并基于干涉信号将测距范围划分为多个距离区间，能够减少处理电路的采样速率及相关电路设计的复杂性，从而能有利于够突破干涉信号的中频频率以及调频带宽和调频周期对测距范围的限制，进而能够扩展测距装置的测距范围，而且由于将测距范围划分成了多个小的距离区间，从而在各个距离区间内，能够有利于通过增大调频带宽，以增大测距的分辨率。
另外，根据本发明的第二方面所涉及的装置，可选地，所述延时网络包括多路延时路径，所述装置包括基于所述多个距离区间将所述多路延时路径划分为至少两类量程路径的量程光开关，所述量程光开关包括输入端和对应不同所述量程路径的多个输出端，所述量程光开关的输出端与相匹配的所述延时路径连接，所述参考光经由所述量程光开关输入至所述延时网络。在这种情况下，当对目标的距离进行测量时，能够通过控制量程光开关以获得对应量程的延时路径，从而能够减少对干涉信号检测的工作量，由此能够提高测距的效率。
另外，根据本发明的第二方面所涉及的装置，可选地，若所述处理模块未接收到所述至少一路干涉信号，则控制所述量程光开关进行所述量程路径的切换。在这种情况下，当对目标的距离进行测量时，若处理模块没有接收到干涉信号，则判断目标的距离不在当前量程光开关的输出端连接的延时路径所限定的量程内，处理模块能够对量程光开关进行切换至另一个量程路径，从而能够实现不同量程路径之间的切换。
另外，根据本发明的第二方面所涉及的装置，可选地，所述延时网络包括多路延时路径，所述多路延时路径并联设置或串联设置。在这种情况下，当延时路径并联设置时，延时网络的结构简单，能够有利于对各个延时路径进行单独设计，并且通过并联设置延时路径，当某路延时路径出现故障时，能够不影响其他延时路径，并且也有利于维护；当延时路径串联设置时，能够减少测距装置的器件数量，从而能够有利于实现测距装置的便携化、以及小型化。
根据本发明，能够提供一种用于扩展调频连续波测距范围的方法及装置，能够在扩展测距范围的同时降低干涉信号的中频频率，以简化处理电路的设计，提高电路的可靠性，同时能够减少调频带宽和调频周期对测量距离范围的限制，能够提高测距的分辨率。
附图说明
现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本发明。
图1是示出了本发明示例所涉及的测距装置的应用场景图。
图2A是示出了本发明示例所涉及的锯齿线性调频连续波的示意图。
图2B是示出了本发明示例所涉及的三角线性调频连续波的示意图。
图2C是示出了本发明示例所涉及的基于三角线性调频连续波测距的示意图。
图3是示出了本发明示例所涉及的扩展测距范围的方法的流程图。
图4是示出了本发明示例所涉及的扩展测距范围的方法的原理示意图。
图5是示出了本发明示例所涉及的测距装置第一种实施例的示意图。
图6是示出了本发明示例所涉及的延时参考光与返回光形成的干涉信号的中频频率与目标的距离的关系曲线的示意图。
图7是示出了本发明示例所涉及的测距装置第二种实施例的示意图。
图8是示出了本发明示例所涉及的测距装置第三种实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所填充的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或装置没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或装置固有的其他步骤或单元。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
本发明第一方面提供的用于扩展调频连续波测距范围的方法可以适用于利用测距装置测量目标的距离。在本发明中，用于扩展调频连续波测距范围的方法也可以称为扩展测距范围的方法、扩大测距范围的方法、扩大测量距离的方法、以及扩展测量距离的方法。
本发明第二方面提供的一种用于扩展调频连续波测距范围的装置，是用于测量目标的距离的装置(以下简称测距装置)。在本发明中，测距装置也可以称为距离测量装置、或测量目标的距离的装置。
在本发明中，目标可以称为被测物体、被测目标、被测工件或被测部件。目标的距离可以是指目标的表面上测量点至测距装置的距离，也可以称为目标的测量距离，还可以简称为测量距离。
在本发明中，测距范围可以是指测距装置能够测量的最大测量距离。在本发明中，测距装置的测距分辨率可以是指区分并获得两个不同测量距离之间的最小差异。
图1是示出了本发明示例所涉及的测距装置20的应用场景图。图2A是示出了本发明示例所涉及的锯齿线性调频连续波的示意图。图2B是示出了本发明示例所涉及的三角线性调频连续波的示意图。图2C是示出了本发明示例所涉及的基于三角线性调频连续波测距的示意图。
参见图1，在一些示例中，测距装置20可以基于调频连续波(Frequency-ModulatedContinuous Wave，FMCW)测距方式测量目标40的距离D。
在一些示例中，测距装置20可以基于线性调频连续波测距方式测量目标40的距离D。在这种情况下，测距装置20通过发射线性调频连续波信号(也可称为测量光10)，其频率随时间线性变化，测量光10发射至目标40的表面上的测量点P，然后测距装置20接收测量点P散射回来的信号(也可称为返回光11)，目标40的距离D会导致返回光11的频率相对测量光10发生改变，通过测量这种频率变化，能够计算出目标40的距离D(参见图1)。
需要说明的是，在本发明中，散射可以是指测量光10在目标40的表面发生偏折的现象。在一些示例中，散射可以包括反射或漫反射。
在一些示例中，线性调频连续波可以是锯齿线性调频连续波(参见图2A)。在一些示例中，线性调频连续波可以是三角线性调频连续波(参见图2B)。
在一些示例中，线性调频连续波的频率和时间的关系可以用频率函数说明，也即频率函数可以描述线性调频连续波的频率随时间的变化。(参见图2A和图2B)
在一些示例中，线性调频连续波频率函数可以包括调频带宽BW和调频周期T(参见图2A和图2B)，调频带宽BW可以表示频率随时间的线性变化范围，调频周期T可以表示频率从起始值变化到最终值所需的时间，调频带宽BW也称为扫频带宽，调频周期T也称为扫频周期。
在本发明中，将以基于三角线性调频连续波的测距方式为例，对本发明第一方面提供的扩展测距范围的方法及第二方面提供的测距装置20进行介绍。
在一些示例中，测距装置20发射的光束可以是激光。在一些示例中，测距装置20发射的光束可以作为测量光10输出至目标40的表面上的测量点P并被测量点P散射形成返回光11。
在一些示例中，测距装置20发射的光束也可以作为参考光12(也可以称为本振光)与返回光11发生干涉，形成干涉信号。在这种情况下，能够形成携带测量距离D的信息的干涉信号，在图2C中，频率差f0是反映测量距离D的干涉信号的中频频率，基于干涉信号的中频频率能够计算出目标40的距离D。
参见图2C，在一些示例中，测距装置20获取的返回光11相对于参考光12可以具有与测量距离D相关的飞行时间t。在一些示例中，飞行时间t可以理解为测量光10从测距装置20到目标40的表面被散射形成返回光11，然后返回光11再返回到测距装置20所需的时间。
根据现有技术可以得知，目标40的距离D与干涉信号的中频频率(即图2C中的频率差f0)成正比。当目标40的距离D越大时，飞行时间t越大，干涉信号的中频频率也越大，从而对测距装置20的器件(例如模数转换器323，稍后描述)和信号处理速度都有更高的要求，由此，测距装置20的测距范围受到干涉信号的中频频率的限制。
在一些现有技术中，可以通过降低测量光10的调频带宽BW的方式以减少干涉信号的中频频率对测距范围的限制，换言之，可以通过降低测量光10的频率函数的斜率以减少干涉信号的中频频率对测距范围的限制，然而基于现有技术可以得知，测距装置20的测距分辨率与线性调频连续波的调频带宽BW成负相关的关系，也即调频带宽BW越小，则测距分辨率越小。
基于上述考虑，本发明第一方面提供了一种扩展测距范围的方法。
图3是示出了本发明示例所涉及的扩展测距范围的方法的流程图。
图4是示出了本发明示例所涉及的扩展测距范围的方法的原理示意图。
图5是示出了本发明示例所涉及的测距装置20第一种实施例的示意图。
图6是示出了本发明示例所涉及的延时参考光14与返回光11形成的干涉信号的中频频率与目标40的距离D的关系曲线的示意图。图7是示出了本发明示例所涉及的测距装置20第二种实施例的示意图。图8是示出了本发明示例所涉及的测距装置20第三种实施例的示意图。
参见图3，在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括：令测量光10输出至目标40并获取目标40散射测量光10形成的返回光11(步骤S10)；令参考光12输入至测距装置20的延时网络21，以使延时网络21输出至少一路延时参考光14(步骤S20)；基于至少一路延时参考光14与返回光11获得至少一路干涉信号(步骤S30)；并且基于距离区间和至少一路干涉信号获得目标40的距离D(步骤S40)。
在一些示例中，在步骤S10中，可以令测量光10输出至目标40并获取目标40散射测量光10形成的返回光11。在这种情况下，能够便于后续使返回光11与参考光12(稍后描述)发生干涉形成干涉信号，并通过干涉信号获得目标40的距离D。
参见图5，在一些示例中，测距装置20可以包括发生模块22，发生模块22可以输出发射光13。
在一些示例中，测距装置20可以包括隔离器23。在这种情况下，隔离器23能够减少发射光13反射至发生模块22的情形，从而能够保护发生模块22。
在一些示例中，发射光13可以是线性调频连续光。在这种情况下，通过使用线性调频连续光对目标40的距离D进行测量，能够提高测距的精度。
在一些示例中，发射光13可以是三角波线性调频连续光。在一些示例中，发射光13可以是锯齿线性调频连续波。
在一些示例中，可以将发射光13分成测量光10和参考光12，测量光10可以输出至目标40，测距装置20可以获取目标40散射测量光10形成的返回光11。由此，返回光11能够与参考光12发生干涉形成携带目标40的距离D的信息的干涉信号。
在一些示例中，测量光10可以为线性调频连续光。在一些示例中，测量光10可以为三角波线性调频连续光。在一些示例中，测量光10可以为锯齿波线性调频连续光。
在一些示例中，参考光12可以为线性调频连续光。在一些示例中，参考光12可以为三角波线性调频连续光。在一些示例中，参考光12可以为锯齿波线性调频连续光。
在一些示例中，测量光10和参考光12可以为线性调频连续光。在这种情况下，测量光10和参考光12能够具有相同的频率特性，能够降低对干涉信号的处理要求，从而能够有利于简化设计。
在一些示例中，测距装置20可以包括多个分束器24。在这种情况下，能够根据设计需要，通过设置分束器24将一束光分成多束光。
在一些示例中，分束器24可以是将一束入射光束分成两束或者更多光束的光学器件。在一些示例中，分束器24可以不改变入射光的偏振态。在这种情况下，能够尽量保持测量光10和参考光12的一致性。
在一些示例中，分束器24也可以作为合束器使用。换言之，分束器24的输入和输出可以相互调换。在这种情况下，能够根据设计需要，将多束光输入分束器24，分束器24能够将多束光合成输出一束光。
在本发明中，分束器和合束器可以统称为分束器，在图5、图7及图8中，分束器241、分束器242、分束器243、分束器244、分束器245、分束器246是作为分束器使用；在图7中，分束器247是作为合束器使用。
在一些示例中，分束器24可以是保偏分束器。在这种情况下，分束器24能够保持光束的偏振状态。
在一些示例中，测量光10和参考光12可以由同一个发生模块22发射。由此，能够更好地保持测量光10和参考光12的一致性。
在一些示例中，测量光10和参考光12可以由不同的发生模块22发射。在这种情况下，与单发生模块22相比，不需要使用分束器241对发射光13进行分束，从而能够减少光分束器241对发射光13的光强所造成的损失，进而能够使测量光10输出至较远的目标40，并获得较强的返回光11，使得返回光11的信号更容易检测和分辨，从而能够获得较强的干涉信号，由此有利于提高测距的准确度及灵敏度。
在一些示例中，测距装置20可以包括透镜模块25，测量光10可以传输至透镜模块25，透镜模块25可以传输测量光10至目标40并获取目标40散射测量光10形成的返回光11。在这种情况下，透镜模块25能够将测量光10以较好的聚集状态输出至目标40的表面，由此有利于获得较强的返回光11，同时透镜模块25能够精确地获得返回光11。
在一些示例中，测距装置20可以包括环形器26，环形器26可以引导测量光10传输至透镜模块25，并同时引导返回光11传输至耦合模块27(稍后描述)。在这种情况下，通过使用环形器26能够便捷地改变光束的方向，简化测距装置20的光路设计。
在一些示例中，返回光11可以经过分束形成至少一路返回光。
在一些示例中，在步骤S20中，可以令参考光12输入至测距装置20的延时网络21，以使延时网络21输出至少一路延时参考光14(参见图4和图5)。
参见图5，在一些示例中，测距装置20可以包括延时网络21。在一些示例中，延时网络21可以包括多个预设延时参数。
在一些示例中，参考光12可以输入至测距装置20的延时网络21，延时网络21可以输出至少一路延时参考光14，延时参考光14可以具有与参考光12相匹配的预设延时参数。换言之，与参考光12相比较，延时网络21输出的每一路延时参考光14都有各自相匹配的预设延时参数。
在这种情况下，参见图4，通过将参考光12输入延时网络21获得至少一路延时参考光14具有与参考光12相匹配且预设已知的预设延时参数，换言之，延时网络21的作用是相当于保持目标40的位置不变，变相地将测距装置20向靠近目标40的方向移动已知的距离。
需要说明的是，在实际操作中，并不是真正地将测距装置20向目标40靠近的方向移动，而是基于已知的预设延时参数，通过延时网络21将返回光11相对参考光12的实际飞行时间t1变相地缩短为返回光11相对于延时参考光14的飞行时间t2，其中缩短的时间t3能够基于已知的预设延时参数获知，从而能够减少参考光12与返回光11之间的频率差，也即与参考光12和返回光11发生干涉形成的干涉信号相比，延时参考光14与返回光11发生干涉形成的干涉信号的中频频率相应地减小了(即图4所示的中频频率f01减小为中频频率f02)，由此，能够减少测距装置20的处理电路的采样速率及相关电路设计的复杂性，同时能够通过设置较大的调频带宽BW，以实现较高的测距分辨率，进而能够扩展测距范围。
参见图5，在一些示例中，延时网络21可以包括多路延时路径。例如延时网络21可以包括两路延时路径、三路延时路径、四路延时路径、五路延时路径、六路延时路径或更多的路延时路径，为方便描述，后续以延时网络21包括六路延时路径进行说明。
在一些示例中，多路延时路径可以并联设置。在这种情况下，延时网络21的结构简单，能够有利于对各个延时路径进行单独设计，并且通过并联设置延时路径，当某路延时路径出现故障时，能够不影响其他延时路径，并且也有利于维护。
参见图5，在一些示例中，多路延时路径可以包括第一延时路径211、第二延时路径212、第三延时路径213、第四延时路径214、第五延时路径215、第六延时路径216，并且各路延时路径可以分别并联设置。
在一些示例中，经过分束器243分束后的参考光12可以分别传输至延时路径形成延时参考光14。具体而言，参考光12可以经过分束器243分束成六路参考光12，六路参考光12可以分别输入六路延时路径，经过六路延时路径后，分别输出六路延时参考光14。
为了便于说明，将六路延时路径输出的六路延时参考光14分别命名即：第一延时路径211对应输出第一延时参考光2111，第二延时路径212对应输出第二延时参考光2121，第三延时路径213对应输出第三延时参考光2131，第四延时路径214对应输出第四延时参考光2141，第五延时路径215对应输出第五延时参考光2151，第六延时路径216对应输出第六延时参考光2161。
在一些示例中，第一延时路径211、第二延时路径212、第三延时路径213、第四延时路径214、第五延时路径215、以及第六延时路径216可以分别具有不同的预设延时参数。
在一些示例中，测距装置20的延时路径可以是延时光纤。在一些示例中，延时光纤可以是保偏延时光纤。在这种情况下，延时光纤能够延迟参考光12传播，同时能够保持参考光12的偏振状态。
在一些示例中，预设延时参数可以用延时光纤的长度进行表示。换言之，基于已知的延时光纤的长度，可以确定返回光11的实际飞行时间t1的减小量(也即图4中所示的时间t3)。
在一些示例中，第一延时路径211、第二延时路径212、第三延时路径213、第四延时路径214、第五延时路径215、以及第六延时路径216所使用的延时光纤长度可以是已知的，也即各个延时路径可以具有已知的延时距离(即延时光纤的长度)。在一些示例中，延时距离可以用于表征预设延时参数。
在一些示例中，每个延时路径的延时距离可以是不同的，换言之，每一路延时参考光14所具有的预设延时参数可以是不同的。由此，能够根据测距范围的不同，选用不同的延时路径。
为了便于说明，分别将六路延时路径对应设置的六个延时距离进行命名，即第一延时路径211可以具有第一延时距离、第二延时路径212可以具有第二延时距离、第三延时路径213可以具有第三延时距离、第四延时路径214可以具有第四延时距离、第五延时路径215可以具有第五延时距离、以及第六延时路径216可以具有第六延时距离。
在一些示例中，在步骤S30中，可以基于至少一路延时参考光14与返回光11获得至少一路干涉信号。
参见图5，在一些示例中，测距装置20可以包括耦合模块27。
在一些示例中，至少一路延时参考光14可以分别与返回光11传输至耦合模块27，耦合模块27可以输出至少一路干涉信号。
在一些示例中，耦合模块27可以是混频器。在一些示例中，耦合模块27可以是合束器。
在一些示例中，返回光11可以经过分束器242分成六路返回光11，六路返回光11可以分别与第一延时参考光2111、第二延时参考光2121、第三延时参考光2131、第四延时参考光2141、第五延时参考光2151、以及第六延时参考光2161在耦合模块27中发生干涉，以分别获得第一干涉信号21111、第二干涉信号21211、第三干涉信号21311、第四干涉信号21411、第五干涉信号21511、以及第六干涉信号21611。
在一些示例中，延时参考光14与返回光11发生干涉形成的干涉信号的中频频率、目标40的距离D及延时路径的延时距离可以具有如公式1的关系：
其中，f代表延时参考光14与返回光11发生干涉形成的干涉信号的中频频率；D代表目标40的距离D，REF代表延时路径的延时距离，c代表光速，n代表延时路径的折射率，BW代表调频带宽BW，T代表调频周期T。
在一些示例中，当延时路径为延时光纤时，n可以代表延时光纤的折射率。
在一些示例中，可以基于公式1得到中频频率与目标40的距离D的关系曲线(以下简称关系曲线)。以图6所示的中频频率与目标40的距离D的关系曲线为例，可以通过设定如下参数获得关系曲线，即：第一延时距离REF1为10米，第二延时距离REF2为20米，第三延时距离REF3为30米，第四延时距离REF4为45米，第五延时距离REF5为55米，第六延时距离REF6为66米，光速c为3×108米/秒，BW/T为82.7THz/s，n为1.48。
参见图6，在一些示例中，可以令第一干涉信号21111的中频频率f1与目标40的距离D的关系曲线为第一曲线P1，第二干涉信号21211的中频频率f2与目标40的距离D的关系曲线为第二曲线P2，第三干涉信号21311的中频频率f3与目标40的距离D的关系曲线为第三曲线P3，第四干涉信号21411的中频频率f4与目标40的距离D的关系曲线为第四曲线P4，第五干涉信号21511的中频频率f5与目标40的距离D的关系曲线为第五曲线P5，第六干涉信号21611的中频频率f6与目标40的距离D的关系曲线为第六曲线P6。
在一些示例中，一个量程(后续描述)的预设延时参数可以按照多种方式设置，令M表示任意干涉信号的中频频率为0至滤波器322的低通截止频率(后续描述)之间所涉及的距离D的长度。例如，若一个量程包括两路延时路径，则第一干涉信号21111涉及的距离D的范围可以表示为(REF1×n/2-M，REF1×n/2+M)，此时REF1×n/2可以不大于M；第二干涉信号21211涉及的距离D的范围可以表示为(REF2×n/2-M，REF2×n/2+M)，REF2×n/2-M可以等于REF1×n/2。若一个量程包括三路延时路径，则第一干涉信号21111涉及的距离D的范围可以表示为(REF1×n/2-M，REF1×n/2+M)，此时REF1×n/2可以不大于M；第二干涉信号21211涉及的距离D的范围可以表示为(REF2×n/2-M，REF2×n/2+M)，REF2×n/2-M可以不大于REF1×n/2；第三干涉信号21311涉及的距离D的范围可以表示为(REF3×n/2-M，REF3×n/2+M)，REF3×n/2-M可以不小于REF1×n/2。
需要说明的是，预设延时参数的设置方式不是唯一的。在一些示例中，预设延时参数可以配置为使距离区间对应的关系曲线中至少一个的关系曲线具有单调区间，并且不同距离区间中涉及的干涉信号的种类组合可以是不相同的。由此，能够便于距离区间的划分，简化测量距离的计算过程(后续描述)。
在本发明中，“干涉信号的种类组合”，也可以被称为“干涉信号的组成”，具体可以是指：当对目标40的距离D进行测量时，获得的干涉信号仅包括与目标40的距离D所在的距离区间的延时路径所匹配产生的干涉信号。例如，参见图6，当目标40的距离D所在的距离区间为距离区间D2时，“干涉信号的种类组合”或“干涉信号的组成”可以仅包括第一干涉信号21111和第二干涉信号21211；当目标40的距离D所在的距离区间为距离区间D3时，“干涉信号的种类组合”或“干涉信号的组成”可以仅包括第一干涉信号21111、第二干涉信号21211和第三干涉信号21311。
参见图6，在一些示例中，延时网络21可以用于将测距装置20的测距范围划分为多个距离区间。
在一些示例中，至少一路干涉信号可以与目标40位于的距离区间相匹配。换言之，可以通过获得的干涉信号获知目标40的距离D所在的距离区间。例如可以将图6的测距范围(即60米)划分为11个距离区间(也即图6所示的距离区间D1至距离区间D11)。在这种情况下，通过基于判断返回光11与至少一路延时参考光14是否发生干涉以产生干涉信号，能够将测距范围划分为多个距离区间，由此，当对目标40的距离D进行测量时，能够获知目标40的距离D所在的距离区间，从而能够便于选择所匹配的干涉信号计算目标40的距离D。
在一些示例中，关系曲线之间可以重叠。换言之，相邻的关系曲线之间可以覆盖相同的测量距离D。由此，能够完全覆盖整个测距范围，也即在测距范围内的任意一个测量距离D，都能够获得对应的中频频率，以便于计算目标40的距离D。
在一些示例中，在距离区间中，所对应的关系曲线可以具有单调区间。换言之，在各个距离区间中，随着目标40的距离D的变化，所对应的干涉信号的中频频率可以单调上升或单调下降(参见图6)。在这种情况下，能够简化测量距离D的计算过程；如果在距离区间中，随着目标40的距离D的变化，所对应的中频频率同时包括上升区间和下降区间(例如图6中距离区间D2所对应的第二曲线P2)，那么使用该关系曲线对测量距离D进行计算将会增加计算的复杂度(需要判断目标40的距离D是对应关系曲线上升段还是下降段)，并且该关系曲线对应的中频频率较低，不利于获得较准确的测量距离D。
在一些示例中，至少相邻的关系曲线之间可以覆盖相同的测量距离D，并具有相同的单调区间。例如在图6中的距离区间D2中，第一曲线P1和第二曲线P2重叠且覆盖部分相同的测量距离D，并且同时具有下降段。在这种情况下，能够有利于距离区间的划分，使各个距离区间对应的关系曲线有单调上升或单调下降的区间，从而能够简化测量距离D的计算过程，提高测距的准确度。
在一些示例中，可以基于对干涉信号进行滤波的低通截止频率划分距离区间。具体而言，在关系曲线中，可以基于与低通截止频率对应的测量距离D作为界限划分距离区间。以图6为例，低通截止频率是3×106Hz，可以在各关系曲线中，选取频率3×106对应的测量距离D为各个距离区间的界限。在这种情况下，能够有利于使每个距离区间所对应的干涉信号的组成是唯一的，由此便于判断目标40的距离D所在的距离区间。
在一些示例中，低通截止频率可以由测距装置20的滤波器322确定(稍后描述)。在这种情况下，能够获取较合适的中频频率来计算目标40的距离D。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于至少一路干涉信号获得用于表征延时网络21输出的延时参考光14是否与返回光11进行干涉的组合编码。在这种情况下，当对目标40的距离D进行测量时，通过组合编码的形式，有利于通过数字化处理实现扩展测距范围的方法。
在一些示例中，可以基于第一干涉信号21111、第二干涉信号21211、第三干涉信号21311、第四干涉信号21411、第五干涉信号21511、第六干涉信号21611形成具有6位数的组合编码。以第一干涉信号21111为例，当对目标40的距离D进行测量时，检测到存在第一干涉信号21111时，则取组合编码中对应第一干涉信号21111的编码为1，反之，则取对应第一干涉信号21111的编码为0。
在一些示例中，可以令第一干涉信号21111对应的编码为第一编码，令第二干涉信号21211对应的编码为第二编码，令第三干涉信号21311对应的编码为第三编码，令第四干涉信号21411对应的编码为第四编码，令第五干涉信号21511对应的编码为第五编码，令第六干涉信号21611对应的编码为第六编码。
在一些示例中，可以令第一编码、第二编码、第三编码、第四编码、第五编码、以及第六编码依次排序形成组合编码。例如当第一编码为1、第二编码为0、第三编码为0、第四编码为0、第五编码为0、第六编码为0时，组合编码可以是100000。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于组合编码获得目标40位于的距离区间。在这种情况下，当对目标40的距离D进行测量时，测距装置20能够通过获取组合编码确定目标40的距离D所在的距离区间。
参见图6，在一些示例中，当组合编码是100000时，目标40的距离D可以是位于距离区间D1中。
在一些示例中，当组合编码是110000时，目标40的距离D可以是位于距离区间D2中。
在一些示例中，当组合编码是111000时，目标40的距离D可以是位于距离区间D3中。
在一些示例中，当组合编码是011000时，目标40的距离D可以是位于距离区间D4中。
在一些示例中，当组合编码是011100时，目标40的距离D可以是位于距离区间D5中。
在一些示例中，当组合编码是001100时，目标40的距离D可以是位于距离区间D6中。
在一些示例中，当组合编码是001110时，目标40的距离D可以是位于距离区间D7中。
在一些示例中，当组合编码是000110时，目标40的距离D可以是位于距离区间D8中。
在一些示例中，当组合编码是000111时，目标40的距离D可以是位于距离区间D9中。
在一些示例中，当组合编码是000011时，目标40的距离D可以是位于距离区间D10中。
在一些示例中，当组合编码是000001时，目标40的距离D可以是位于距离区间D11中。
在一些示例中，多个距离区间可以与多个预设延时参数相匹配。例如在图6的距离区间D2中，距离区间D2可以与第一干涉信号21111及第二干涉信号21211对应，第一干涉信号21111可以对应第一延时参考光2111，第二干涉信号21211可以对应第二延时参考光2121，距离区间D2可以与第一延时参考光2111和第二延时参考光2121各自所对应的预设延时参数相匹配。
在一些示例中，各路延时路径具有与各个距离区间一一对应的预设延时参数。在这种情况下，能够根据目标40的距离D不同，使得具有合适的预设延时参数的延时参考光14与返回光11发生干涉，例如当目标40的距离D较小时，能够使得具有较小的预设延时参数(也即图4中的时间t3较小)的延时参考光14与返回光11发生干涉，当目标40的距离D较大时，能够使得具有较大的预设延时参数(也即图4中的时间t3较大)的延时参考光14与返回光11发生干涉，从而能够有利于突破干涉信号的中频频率以及调频带宽BW和调频周期T对测距范围的限制，由此能够扩展测距装置20的测距范围，而且由于将测距范围划分成了多个小的距离区间，从而在各个距离区间内，能够有利于通过增大调频带宽BW，以增大测距的分辨率。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于多个距离区间将多路延时路径划分为至少两类量程路径，量程路径可以与至少一个距离区间相匹配。以图6为例，可以将距离区间D1至D6划分为第一量程，对应的第一延时路径211、第二延时路径212、第三延时路径213可以划分为第一量程路径；距离区间D7至距离区间D11可以划分为第二量程，对应的第四延时路径214、第五延时路径215、第六延时路径216可以划分为第二量程路径。
在这种情况下，当对目标40的距离D进行测量时，首先基于干涉信号能够初步判断目标40的距离D所在的量程及对应的量程路径，并能够基于所在的量程确定要使用的延时路径，从而能够减少对干涉信号检测的工作量，由此能够提高测距的效率。例如，当基于干涉信号检测到目标40的距离D位于第一量程时，后续仅需要基于第一干涉信号21111、第二干涉信号21211、第三干涉信号21311判断目标40的距离D所在的距离区间即可。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于至少一路干涉信号获得与目标40位于的距离区间相匹配的量程路径。在这种情况下，当对目标40的距离D进行测量时，能够基于干涉信号初步判断目标40的距离D所在的量程及对应的量程路径。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于至少一路干涉信号和量程路径获得与量程路径相匹配的组合编码。在这种情况下，能够减少组合编码的位数。以图6为例，当判断目标40的距离D在第一量程时，只需要使用第一量程对应的第一量程路径形成组合编码，从而将组合编码由之前6位数变成3位数，从而能够减少计算量及提高测距的速度。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于与量程路径相匹配的组合编码获得目标40位于的距离区间。由此，能够基于目标40的距离D所在的距离区间选取匹配的干涉信号计算目标40的距离D。
在一些示例中，在同一个量程内，至少相邻的关系曲线之间可以覆盖相同的测量距离D，并具有相同的单调区间。
在一些示例中，在两个相邻的量程交接处且分别属于不同量程的关系曲线可以重叠。由此，能够使两个相邻的量程完全覆盖目标40的距离D。
参见图7，在一些示例中，测距装置20可以包括基于多个距离区间将多路延时路径划分为至少两类量程路径的量程光开关28。
在一些示例中，量程光开关28可以包括输入端和对应不同量程路径的多个输出端。在这种情况下，量程光开关28的输入端仅能同时与一个输出端连接，由此能够将多路延时路径划分成属于不同量程的量程路径。
在一些示例中，量程光开关28的输出端可以与相匹配的延时路径连接，参考光12可以经由量程光开关28输入至延时网络21。在这种情况下，当对目标40的距离D进行测量时，能够通过控制量程光开关28以获得对应量程的延时路径，从而能够减少对干涉信号检测的工作量，由此能够提高测距的效率。
在一些示例中，量程光开关28可以具有一个输入端和两个输出端(也即一分二量程光开关)，两个输出端可以通过两个分束器245分别与两个量程路径连接。在这种情况下，通过使用一分二量程光开关，能够将测距范围分成两个量程以及对应两个量程路径。
参见图5和图7，在一些示例中，测距装置20可以包括处理模块29。
在一些示例中，若处理模块29未接收到至少一路干涉信号，则可以控制量程光开关28进行量程路径的切换。在这种情况下，当对目标40的距离D进行测量时，若处理模块29没有接收到干涉信号，则判断目标40的距离D不在当前量程光开关28的输出端连接的延时路径所限定的量程内，处理模块29能够对量程光开关28进行切换至另一个量程路径，从而能够实现不同量程路径之间的切换。
在一些示例中，若经过切换量程光开关28接通所有量程路径后，处理模块29都没有检测到干涉信号，则判断目标40的距离D超过测距装置20的测距范围。在这种情况下，需要缩短目标40与测距装置20的之间的距离，以使目标40位于测距范围内。
参见图8，在一些示例中，多路延时路径可以串联设置。在这种情况下，能够减少测距装置20的器件数量，从而能够有利于实现测距装置20的便携化、以及小型化。
参见图8，在一些示例中，测距装置20可以包括延时网络光开关31。在一些示例中，延时网络光开关31可以包括多输入多输出光开关。以图8中所示的两输入两输出光开关311为例，可以具有的连接逻辑包括：可以令第一输入端与第一输出端连接，第二输入端可以与第二输出端连接；也可以令第一输入端与第二输出端连接，第二输入端可以与第一输出端连接。
在一些示例中，延时网络光开关31可以包括单输入多输出光开关312。
参见图8，在一些示例中，可以通过多个两输入两输出光开关311和多个单输入两输出光开关312将延时路径串联设置。在这种情况下，能够通过切换多个两输入两输出光开关311和多个单输入两输出光开关312，形成多种符合设计要求的延时路径，并获得对应的干涉信号。
在本发明中，单输入两输出光开关312也可以作为两输入单输出光开关使用。
参见图8，在一些示例中，在对目标40的距离D进行测量时，首先接通第一延时路径211，并获得第一干涉信号21111；然后关闭第一延时路径211，并接通第二延时路径212，并获得第二干涉信号21211；并依次通过控制延时网络光开关31，获得第三干涉信号21311、第四干涉信号21411、第五干涉信号21511及第六干涉信号21611，由此能够得到如图6所示的干涉信号与目标40的距离D的关系图。
在一些示例中，可以对延时网络光开关31的开关逻辑进行适应性设计，以调整延时路径的预设延时参数。例如，可以通过设置延时网络光开关31的开关逻辑，将第一延时路径211和第二延时路径212进行组合形成新的延时路径，并获得新的干涉信号。在这种情况下，能够灵活地对延时网络21的预设延时参数进行调整，从而能够提高测距的灵活性，能够及时根据测距范围的需要，对延时网络21的预设延时参数进行调整。
在一些示例中，处理模块29可以控制延时网络光开关31的开关逻辑。
在一些示例中，在步骤S40中，可以基于距离区间和至少一路干涉信号获得目标40的距离D。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于距离区间获得匹配预设条件的预设延时参数作为目标延时参数，预设条件可以为干涉信号不小于预设阈值。在这种情况下，当确定了目标40的距离D所在的距离区间，能够选用符合预设条件的干涉信号来计算目标40的距离D，由此能够提高测距的准确度。
在一些示例中，目标延时参数可以是符合预设条件的干涉信号所对应的延时路径的预设延时参数。
在一些示例中，目标延时参数可以包括一个或多个。例如在图6的距离区间D1中，目标延时参数可以仅包括第一干涉信号21111所对应的第一延时路径211的预设延时参数；在距离区间D3中，目标延时参数可以包括第一干涉信号21111所对应的第一延时路径211的预设延时参数和第三干涉信号21311所对应的第三延时路径213的预设延时参数。
在一些示例中，目标延时参数可以是延时光纤的长度，也即延时距离。例如目标延时参数可以是第一延时距离至第六延时距离中的至少一个。
在一些示例中，预设条件可以包括干涉信号的光强不小于预设阈值。在这种情况下，由于参考光12和返回光11在测距装置20中经过多个光学器件之后，光强会有损耗，通过选用较大光强的干涉信号对目标40的距离D进行计算，能够提高测距的准确度。
在一些示例中，预设条件可以包括干涉信号的中频频率不小于预设阈值。在这种情况下，较低的中频频率的干涉信号更容易受到噪声的影响，从而降低信噪比。例如，当目标40的距离D与第一延时距离比较接近时，目标40的距离D可以位于距离区间D2，能够检测到存在返回光11与第一延时参考光2111形成的第一干涉信号21111，以及返回光11与第二延时参考光2121形成的第二干涉信号21211，此时由于第二干涉信号21211的中频频率更高，具有更高的信噪比，根据预设条件，可以选择第二延时距离作为目标延时参数(也即目标40的距离D位于距离区间D2时可以基于第二延时距离、第二干涉信号21211计算目标40的距离D，参见后续描述的公式3)，由此，通过选用中频频率较大的干涉信号来计算目标40的距离D，能够提高测距的分辨率及准确度。
在一些示例中，预设条件可以包括干涉信号的幅值不小于预设阈值。在这种情况下，较小的幅值可能导致无法探测到干涉信号，尤其是在背景噪声较大的环境中，通过设定预设条件，选择具有较大幅值的干涉信号计算目标40的距离D，能够提高测距的准确度、精度以及灵敏度。
在一些示例中，扩展测距范围的方法可以包括基于目标延时参数、至少一路干涉信号、以及测量光10的***参数获得目标40的距离D。
在一些示例中，测量光10的***参数可以包括调频带宽BW和调频周期T。
为了便于说明，在本发明所涉及的公式中，计算目标40的距离D所使用的公式参数可以包括：
D代表目标40的距离D；
REF1代表第一延时距离；REF2代表第二延时距离；REF3代表第三延时距离；REF4代表第四延时距离；REF5代表第五延时距离；REF6代表第六延时距离；
f1代表第一干涉信号21111的中频频率；f2代表第二干涉信号21211的中频频率；f3代表第三干涉信号21311的中频频率；f4代表第四干涉信号21411的中频频率；f5代表第五干涉信号21511的中频频率；f6代表第六干涉信号21611的中频频率；
c代表光速，具体数值可以是3×108m/s；
n代表延时路径的折射率，在一些示例中，n可以是延时路径的延时光纤的折射率；
a代表线性调频连续波的调频带宽BW与调频周期T的比值，也即a＝BW/T(参见图1)，a也可以被称为线性调频连续波的频率函数的斜率。
参见图6，在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D1时，可以基于第一干涉信号21111(也即第一曲线P1)获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式2计算：
D＝0.5×(REF1×n-f1×c/a)……公式2
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D2时，可以基于第二干涉信号21211(也即第二曲线P2)获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式3计算：
D＝0.5×(REF2×n-f2×c/a)……公式3
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D3时，可以基于第三干涉信号21311(也即第三曲线P3)获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式4计算：
D＝0.5×(REF3×n-f3×c/a)……公式4
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D3时，可以基于第一干涉信号21111获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式5计算：
D＝0.5×(REF1×n+f1×c/a)……公式5
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D4时，可以基于第二干涉信号21211获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式6计算：
D＝0.5×(REF2×n+f2×c/a)……公式6
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D5时，可以基于第二干涉信号21211获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式7计算：
D＝0.5×(REF2×n+f2×c/a)……公式7
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D5时，可以基于第四干涉信号21411(也即第四曲线P4)获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式8计算：
D＝0.5×(REF4×n-f4×c/a)……公式8
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D6时，可以基于第三干涉信号21311获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式9计算：
D＝0.5×(REF3×n+f3×c/a)……公式9
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D6时，可以基于第四干涉信号21411获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式10计算：
D＝0.5×(REF4×n-f4×c/a)……公式10
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D7时，可以基于第三干涉信号21311获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式11计算：
D＝0.5×(REF3×n+f3×c/a)……公式11
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D7时，可以基于第五干涉信号21511(也即第五曲线P5)获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式12计算：
D＝0.5×(REF5×n-f5×c/a)……公式12
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D8时，可以基于第五干涉信号21511获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式13计算：
D＝0.5×(REF5×n-f5×c/a)……公式13
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D9时，可以基于第四干涉信号21411获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式14计算：
D＝0.5×(REF4×n+f4×c/a)……公式14
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D9时，可以基于第六干涉信号21611(也即第六曲线P6)获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式15计算：
D＝0.5×(REF6×n-f6×c/a)……公式15
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D10时，可以基于第五干涉信号21511获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式16计算：
D＝0.5×(REF5×n+f5×c/a)……公式16
在一些示例中，当目标40的距离D位于距离区间D11时，可以基于第六干涉信号21611获得目标40的距离D。在一些示例中，目标40的距离D可以通过公式17计算：
D＝0.5×(REF6×n+f6×c/a)……公式17
在一些示例中，测距装置20可以包括探测模块32，探测模块32可以接收耦合模块27输出的至少一路干涉信号并转换成电信号。
在一些示例中，探测模块32可以包括光电探测器321。在这种情况下，光电探测器321能够将光信号转换成电信号。
在一些示例中，探测模块32可以包括滤波器322。在一些示例中，滤波器322可以是低通滤波器。在这种情况下，滤波器322能够将干涉信号的高频频率滤除，由此，能够有利于简化测距装置20中处理电路的设计，并去除高频噪声。
在一些示例中，探测模块32可以包括模数转换器323。在这种情况下，能够将模拟形式的干涉信号转换成数字形式的信号，以便于数字化处理。
在一些示例中，可以输出至少一路干涉信号至测距装置20的处理模块29，处理模块29可以基于距离区间和至少一路干涉信号获得目标40的距离D。
在一些示例中，测距装置20可以包括校正模块33。在这种情况下，能够对发生模块22发射的光波的线性状态进行监测，并反馈给处理模块29，以便于对发射的光波的非线性进行补偿或校正。
在一些示例中，校正模块33可以是马赫-泽德干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)。在这种情况下，马赫-泽德干涉仪的工作条件能够通过调整相对路径长度或引入相移来改变。这种可调性使得马赫-泽德干涉仪能够适应不同的校正需求，具有一定的灵活性。
在一些示例中，测量光10可以经过分束器244分成两束测量光10，其中一束测量光10可以输出至目标40，另一束测量光10可以输入至校正模块33。
在一些示例中，测距装置20的各个光学组件之间可以通过光纤连接。在一些示例中，测距装置20的各个光学组件之间可以通过保偏单模光纤连接。
本发明第一方面提供了一种扩展测距范围的方法，是利用测距装置20测量目标40的距离D的方法，测距装置20可以包括用于将测距范围划分为多个距离区间的延时网络21，延时网络21可以包括与多个距离区间相匹配的多个预设延时参数，扩展测距范围的方法可以包括：令测量光10输出至目标40并获取目标40散射测量光10形成的返回光11；令参考光12输入至延时网络21，以使延时网络21输出至少一路延时参考光14，延时参考光14具有与参考光12相匹配的预设延时参数；基于至少一路延时参考光14与返回光11获得至少一路干涉信号，至少一路干涉信号与目标40位于的距离区间相匹配；并且基于距离区间和至少一路干涉信号获得目标40的距离D。
在这种情况下，通过将测量光10输出至目标40并获取返回光11，将参考光12输入延时网络21获得至少一路延时参考光14，并且与输入延时网络21前的参考光12相比较，延时参考光14具有与参考光12相匹配且预设已知的预设延时参数，换言之，延时网络21的作用是相当于保持目标40的位置不变，变相地将测距装置20向靠近目标40的方向移动已知的距离，由此能够减少参考光12与返回光11之间的频率差，也即与参考光12和返回光11发生干涉形成的干涉信号相比，延时参考光14与返回光11发生干涉形成的干涉信号的中频频率相应地减小了。
另外，在扩展测距范围的方法中，通过基于判断返回光11与至少一路延时参考光14是否发生干涉以产生干涉信号，能够将测距范围划分为多个距离区间，由此，当对目标40的距离D进行测量时，能够获知目标40的距离D所在的距离区间，从而能够便于选择所匹配的干涉信号计算目标40的距离D。
由此，通过本发明第一方面提供的扩展测距范围的方法，能够减少测距装置20的处理电路的采样速率及相关电路设计的复杂性，从而能够有利于突破干涉信号的中频频率以及调频带宽BW和调频周期T对测距范围的限制，进而能够扩展测距装置20的测距范围，而且由于将测距范围划分成了多个小的距离区间，从而在各个距离区间内，能够有利于通过增大调频带宽BW，以增大测距的分辨率。
本发明的第二方面提供了一种用于扩展调频连续波测距范围的装置20，是用于测量目标40的距离D的装置，可以包括：发生模块22、用于将测距装置20的测距范围划分为多个距离区间的延时网络21、耦合模块27、以及处理模块29，延时网络21包括与多个距离区间相匹配的多个预设延时参数；发生模块22发射的光波包括测量光10和参考光12，测量光10输出至目标40，测距装置20获取目标40散射测量光10形成的返回光11；参考光12输入至延时网络21，并且延时网络21输出至少一路延时参考光14，延时参考光14具有与参考光12相匹配的预设延时参数；至少一路延时参考光14分别与返回光11传输至耦合模块27，耦合模块27输出至少一路干涉信号至处理模块29，至少一路干涉信号与目标40位于的距离区间相匹配；处理模块29基于距离区间和至少一路干涉信号获得目标40的距离D。
在这种情况下，通过设置延时网络21，并基于干涉信号将测距范围划分为多个距离区间，本发明第二方面的装置能够减少处理电路的采样速率及相关电路设计的复杂性，从而能够有利于突破干涉信号的中频频率以及调频带宽BW和调频周期T对测距范围的限制，进而能够扩展测距装置20的测距范围，而且由于将测距范围划分成了多个小的距离区间，从而在各个距离区间内，能够有利于通过增大调频带宽BW，以增大测距的分辨率。
虽然以上结合附图和示例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变，这些变形和变均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述测距装置用于测量目标的距离且包括延时网络；所述延时网络用于将所述测距装置的测距范围划分为多个距离区间且包括与所述多个距离区间相匹配的多个预设延时参数，所述延时网络接收参考光并输出至少一路延时参考光，所述延时参考光具有与所述参考光相匹配的所述预设延时参数，其中，所述至少一路延时参考光用于与由所述目标散射测量光而形成的返回光获得至少一路干涉信号，所述至少一路干涉信号与所述目标位于的所述距离区间相匹配，所述至少一路干涉信号和所述距离区间用于获取所述目标的距离。
2.根据权利要求1所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，包括发生模块和耦合模块；所述发生模块发射的光波包括所述测量光和所述参考光、或所述测量光和所述参考光由不同的所述发生模块发射；所述耦合模块用于接收所述至少一路延时参考光与所述返回光并输出所述至少一路干涉信号。
3.根据权利要求1所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，包括处理模块，所述处理模块用于基于所述距离区间和所述至少一路干涉信号获得所述目标的距离，其中，基于所述距离区间获得匹配预设条件的所述预设延时参数作为目标延时参数，所述预设条件为所述干涉信号不小于预设阈值，基于所述目标延时参数、所述至少一路干涉信号、以及所述测量光的***参数获得所述目标的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述延时网络包括多路延时路径，所述测距装置包括延时网络光开关，所述延时网络光开关用于关闭或接通相应的所述延时路径或所述延时网络光开关用于组合至少两个所述延时路径以形成新的延时路径。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述延时网络包括多路延时路径，所述延时路径是延时光纤，所述预设延时参数用所述延时光纤的长度进行表示。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述至少一路干涉信号用于获得用于表征所述延时网络输出的延时参考光是否与所述返回光进行干涉的组合编码，所述组合编码用于获得所述目标位于的所述距离区间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述延时网络包括多路延时路径，所述测距装置包括基于所述多个距离区间将所述多路延时路径划分为至少两类量程路径的量程光开关，所述量程光开关包括输入端和对应不同所述量程路径的多个输出端，所述量程光开关的输出端与相匹配的所述延时路径连接，所述参考光经由所述量程光开关输入至所述延时网络。
8.根据权利要求1所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述预设延时参数使用以下至少一种设置方式：
使所述距离区间对应的关系曲线中至少一个的关系曲线具有单调区间；
使相邻的所述距离区间对应的关系曲线之间覆盖相同的测量距离；
使不同所述距离区间中涉及的所述干涉信号的种类组合是不相同的。
9.根据权利要求1所述的用于扩大调频连续波测距范围的测距装置，其特征在于，所述延时网络包括多路延时路径，各路所述延时路径具有与各个所述距离区间一一对应的所述预设延时参数。
10.一种用于扩大调频连续波测距范围的测距方法，是利用测距装置测量目标的距离的方法，其特征在于，所述测距方法包括：令测量光输出至所述目标并获取所述目标散射所述测量光形成的返回光；令参考光输入至所述测距装置的延时网络，以使所述延时网络输出至少一路延时参考光，其中，所述延时网络用于将所述测距装置的测距范围划分为多个距离区间且包括与所述多个距离区间相匹配的多个预设延时参数，所述延时参考光具有与所述参考光相匹配的所述预设延时参数；基于所述至少一路延时参考光与所述返回光获得至少一路干涉信号，所述至少一路干涉信号与所述目标位于的所述距离区间相匹配；
并且基于所述距离区间和所述至少一路干涉信号获得所述目标的距离。
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