CN105974368A - 一种GNSS-DInSAR技术集成的角反射装置 - Google Patents

一种GNSS-DInSAR技术集成的角反射装置 Download PDF

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Abstract

一种GNSS‑DInSAR技术集成的角反射装置，属于矿山地表形变监测的角反射装置。该角反射装置由基座、旋转抬升装置、对中杆和角反射器四部分组成；利用GNSS技术获取角反射器顶点三维坐标，一方面可验证DInSAR技术的形变监测精度，另一方面可将已知精确空间位置的角反射器用于优化和提高地理编码精度，同时也可用作相位解缠参考点和干涉像对基线优化，作为GNSS技术和DInSAR技术的联系纽带，实现GNSS与DInSAR技术的有效集成。优点：(1)结构简单，成本低，占地空间小，安装方便，缩短了野外角反射装置的安装时间。(2)角反射装置俯仰角调整由角度测量转换为距离测量，提高了安装精度。(3)实现GNSS和角反射装置的集成，GNSS所测坐标即为角反射装置顶点的坐标，提高GNSS作业效率。

Description

一种GNSS-DInSAR技术集成的角反射装置
技术领域
本发明涉及一种矿山地表形变监测的角反射装置，特别是一种GNSS-DInSAR技术集成的角反射装置。
背景技术
作为一种新兴的对地观测工具，差分合成孔径雷达干涉测量技术(DInSAR)在地面沉降监测方面发挥了愈来愈明显的作用，其观测范围大、空间分辨率高、无接触式测量以及全天时、全天候的特点，大大弥补了传统测量手段的不足。然而，由于受时空失相干、大气延迟效应等因素的影响，DInSAR技术的应用受到很大限制。为了克服研究区高相干点目标较少的不利因素，原本用于SAR影像辐射定标的人工角反射器逐渐被用于地表形变监测中，并衍生出一套基于角反射器的CR-InSAR技术。
人工角反射器是利用导电性能和导磁性能良好且电容率大的金属材料做成几何形状规则、表面为实体或网状的一种点状人工地物目标，目前常用的角反射器为三角锥形三面角反射器(下文简称角反射器)。现有的角反射器设计案例仍存在需进一步改进的地方：(1)无法对角反射器的空间位置进行准确实时定位；(2)为了使得角反射器可自由旋转并调整俯仰角以便接收任意SAR卫星平台发射的微波信号，现有角反射器底座结构复杂，占地面积大，底座引起的附加角反射器效益容易干扰实体角反射器对雷达信号的反射，从而影响角反射器在SAR影像上的精确识别；(3)角反射器在安装时需要根据SAR影像入射角调整其俯仰角，使得雷达信号的入射方向与角反射器的法线方向重合，达到角反射器的最大散射界面。现有的角反射器俯仰角调整一般是通过不断抬升角反射器和量角尺测量的方式，过程比较繁琐，且量角尺测角的精度一般为1.5°左右，角反射器俯仰角调整的精度无法保障。
发明内容
本发明的目的是要提供一种GNSS-DInSAR技术集成的角反射装置，该角反射装置的结构简单，安装方便，便于利用全球卫星导航系统(GNSS)接收机对角反射器进行准确实时定位。
本发明的目的是这样实现的：该角反射装置由基座、旋转抬升装置、对中杆和角反射器四部分组成；
所述的基座由标石、固定杆和固定杆加强筋组成，在埋设标石时，需将固定杆铅垂埋入标石中，并在固定杆底端焊接加强筋；
所述的旋转抬升装置通过上下紧固螺母6以螺旋的方式固定在固定杆上，旋转抬升装置能够在固定杆自由旋转；旋转抬升装置包括旋转螺套、下水平支撑连杆、后水平支撑连杆、后伸缩螺套、下伸缩螺套、下垂直支撑连杆、倾斜支撑连杆；在旋转螺套上连接有二个下水平支撑连杆和一个后水平支撑连杆，在二个下水平支撑连杆上均顺序连接有下伸缩螺套和下垂直支撑连杆；在后水平支撑连杆上顺序连接有后伸缩螺套和倾斜支撑连杆；
所述的角反射器由三块铝合金板拼装而成，每块铝板均为等腰直角三角形，通过三个支杆与旋转螺套连接；包括：后部连接锚点和角反射器底面连接锚点；后部连接锚点连接在倾斜支撑连杆顶端；角反射器底面连接锚点连接在下垂直支撑连杆的顶端；
所述的对中杆包括万向节和GNSS接收机的锚点；对中杆通过底端的万向节与固定杆连接，万向节的旋转中心与角反射器的顶点一致，在实施GNSS测量时可将对中杆调整至铅垂状态并固定，有效提高野外GNSS测量的作业效率；对中杆的顶端预留安装GNSS接收机的锚点。
有益效果：由于采用了上述方案，利用GNSS技术获取角反射器顶点三维坐标，一方面可验证DInSAR技术的形变监测精度，另一方面可将已知精确空间位置的角反射器用于优化和提高地理编码精度，同时也可用作相位解缠参考点和干涉像对基线优化，作为GNSS技术和DInSAR技术的联系纽带，实现GNSS与DInSAR技术的有效集成。
对于要求同时获取多颗卫星及升降轨道SAR数据的情形，本发明可实现将多个角反射器安装在固定杆上，且每个都可自由调整方位角和俯仰角，在基座得到综合利用的同时，节约了角反射装置占地空间，极大地降低由角反射装置安装引起的占地补偿费用。
优点：
(1)结构简单，成本低，占地空间小，安装方便，缩短了野外角反射装置的安装时间。
(2)角反射装置俯仰角调整由角度测量转换为距离测量，提高了安装精度。
(3)实现GNSS和角反射装置的集成，GNSS所测坐标即为角反射装置顶点的坐标，提高了野外GNSS测量的作业效率。
附图说明：
附图1为本发明的立体结构图。
图中，1、标石；2、固定杆；3、旋转螺套；4、下水平支撑连杆；5、后水平支撑连杆；6、上下紧固螺母；7、后伸缩螺套；8、下伸缩螺套；9、下垂直支撑连杆；10、倾斜支撑连杆；11、角反射器后部连接锚点；12、角反射器底面连接锚点；13、角反射器；14、对中杆；15、万向节；16、GNSS接收机安装锚点；17、固定杆加强筋。
具体实施方式
实施例1：全球卫星导航系统(GNSS)及差分合成孔径雷达干涉测量技术(DInSAR)集成监测矿山地表形变的角反射装置。
该角反射装置由基座、旋转抬升装置、对中杆和角反射器四部分组成；
所述的基座由标石1、固定杆2和固定杆加强筋17组成，为了保证本发明最终的安装效果，在埋设标石时，需将固定杆2铅垂埋入标石1中，并在固定杆底端焊接加强筋17，增强固定杆2与标石1的粘结力，提高基座的整体强度；
所述的旋转抬升装置通过上下紧固螺母6以螺旋的方式固定在固定杆2上，旋转抬升装置能够在固定杆2自由旋转；旋转抬升装置包括旋转螺套3、下水平支撑连杆4、后水平支撑连杆5、后伸缩螺套7、下伸缩螺套8、下垂直支撑连杆9、倾斜支撑连杆10；在旋转螺套3上连接有二个下水平支撑连杆4和一个后水平支撑连杆5，在二个下水平支撑连杆4上均顺序连接有下伸缩螺套8和下垂直支撑连杆9；在后水平支撑连杆5上顺序连接有后伸缩螺套7和倾斜支撑连杆10；根据SAR卫星影像入射角，计算角反射器需要抬升的角度，进而计算出下水平支撑连杆4、后水平支撑连杆5、下垂直支撑连杆9和倾斜支撑连杆10需调整的长度，利用后伸缩螺套7、下伸缩螺套8进行调整，实现角反射器俯仰角由角度测量到距离测量的转换；
所述的角反射器13由三块铝合金板拼装而成，每块铝板均为等腰直角三角形，通过三个支杆与旋转螺套3连接；包括：后部连接锚点11和角反射器底面连接锚点12；后部连接锚点11连接在倾斜支撑连杆10顶端；角反射器底面连接锚点12连接在下垂直支撑连杆9的顶端；
所述的对中杆14包括万向节15和GNSS接收机的锚点16；对中杆14通过底端的万向节15与固定杆2连接，万向节15的旋转中心与角反射器13的顶点一致，在实施GNSS测量时通过对万向节15的调整将对中杆14调整至铅垂状态并固定，提高野外GNSS测量的作业效率；对中杆14的顶端预留安装GNSS接收机的锚点16。
所述的基座为一个高600mm、下底面边长400mm、上底面边长200mm的四棱台形状的标石，利用混凝土浇灌而成，并植入一根圆钢，整体埋入土中，圆钢出露地表的长度为可根据需要设定，用于固定旋转抬升装置和角反射器，标石高度和埋设深度可根据当地冻土深度进行调整；旋转抬升装置包括一个旋转螺套和上下两个紧固螺母，均通过螺旋的方式固定在圆钢上，其中旋转螺套的螺旋进程为1-2个螺距，其在旋转的过程中即可实现角反射器在水平面0-360°自由旋转，从而达到调整角反射器底边方位角的目的，调整完成后利用上下两个紧固螺母对其固定；抬升装置由三套可伸缩的支撑连杆组成，均通过水平支撑杆固定在旋转螺套上，并可随着旋转螺套一起转动；位于角反射器下方的两套支撑连杆，均由一根水平支撑杆和一根与水平面垂直的支撑杆组成，垂直连杆与角反射器在其底面铰接，由于水平支撑杆和垂直支撑杆均可伸缩调整其长度，因此在角反射器抬升的过程中，可以保证垂直支撑杆始终与水平面垂直，根据角反射器的尺寸，可计算得到铰接点到角反射器顶点的长度，在抬升角反射器到某一角度α的时候，即可计算得到垂直连杆需要调整的整体长度L，从而实现角反射器俯仰角调整从角度测量到距离测量的转换，极大地提高角反射器的安装精度；位于角反射器后方的支撑连杆由方形水平支撑杆和一根倾斜支撑杆组成，二者均可通过伸缩螺套调整其长度，保证支撑连杆始终可以与角反射器在同一位置铰接并起到固定角反射器的作用；考虑到固定杆顶部、对中杆在角反射器俯仰角较小时与角反射器相互间的影响，当角反射器俯仰角α＜0°时，位于角反射器后面的倾斜支撑连杆设计为叉形形状，以方便对中杆的安装，并可伸缩调整其长度；当俯仰角α＞0°时，倾斜支撑连杆设计为圆柱形。GNSS对中杆在定期测量角反射器空间位置时使用。考虑到对中杆在角反射器俯仰角较小时与角反射器相互间的影响，对中杆设计为四分之一圆柱形，底端通过万向节与固定杆顶部连接，对中杆顶端预留有安装GNSS接收机的螺旋凸起。位于最上方的角反射器由三块铝合金板拼装而成，每块铝板均为等腰直角三角形，角反射器通过三个支杆与旋转螺套连接，可同步旋转，通过三个支撑连杆的距离调节，可将角反射器抬升或降落到指定角度；在角反射器顶点及周边位置留有圆孔，用于泄水、排沙，防止冬季降水结冰及杂物堆积引起的角反射器散射截面降低。

Claims (1)

1.一种GNSS-DInSAR技术集成的角反射装置，其特征是：该角反射装置由基座、旋转抬升装置、对中杆和角反射器四部分组成；
所述的基座由标石（1）、固定杆（2）和固定杆加强筋（17）组成，在埋设标石时，需将固定杆（2）铅垂埋入标石（1）中，并在固定杆底端焊接加强筋（17）；
所述的旋转抬升装置通过上下紧固螺母（6）以螺旋的方式固定在固定杆（2）上，旋转抬升装置能够在固定杆（2）自由旋转；旋转抬升装置包括旋转螺套（3）、下水平支撑连杆（4）、后水平支撑连杆（5）、后伸缩螺套（7）、下伸缩螺套（8）、下垂直支撑连杆（9）、倾斜支撑连杆（10）；在旋转螺套（3）上连接有二个下水平支撑连杆（4）和一个后水平支撑连杆（5），在二个下水平支撑连杆（4）上均顺序连接有下伸缩螺套（8）和下垂直支撑连杆（9）；在后水平支撑连杆（5）上顺序连接有后伸缩螺套（7）和倾斜支撑连杆（10）；
所述的角反射器（13）由三块铝合金板拼装而成，每块铝板均为等腰直角三角形，通过三个支杆与旋转螺套（3）连接；包括：后部连接锚点（11）和角反射器底面连接锚点（12）；后部连接锚点（11）连接在倾斜支撑连杆（10）顶端；角反射器底面连接锚点（12）连接在下垂直支撑连杆（9）的顶端；
所述的对中杆（14）包括万向节（15）和GNSS接收机的锚点（16）；对中杆（14）通过万向节（15）与固定杆（2）连接，万向节（15）的旋转中心与角反射器（13）的顶点一致；对中杆（14）的顶端预留安装GNSS接收机的锚点（16）。
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