CN110531356A - 一种支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，包括用于反射雷达卫星信号的角反射器本体、设于观测墩上的用于安装角反射器本体的基座，以及组件式连接器；所述角反射器本体包括相互垂直的第一面板和第二面板，以及相互垂直的第三面板和第四面板，四块面板构成对称的两个垂直二面角板结构；其中，第二面板和第四面板水平固定于基座的上表面，所述组件式连接器连接两个垂直二面角板结构。本发明的有益效果为：本发明所述角反射器支持升降轨模式，缩短了卫星重访周期，可实现快速监测；所述角反射器为分体式结构，由多个结构可拆连接而成，这种结构方便组装和拆卸，有利于设备的野外运输、设备重复利用，以及零部件的更换及安装。
Description
技术领域
本发明涉及雷达卫星遥感散射强度定标及变形监测技术领域，具体涉及一种支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器。
背景技术
自1978年第一颗合成孔径雷达卫星SEASAT发射上天以来，雷达卫星遥感技术逐渐成熟，与光学遥感一起构成了当前对地观测的主要技术手段。雷达卫星采用主动微波遥感方式，不受云雾、日照等因素的影响，具有全天侯、全天时的图像获取和地球表面变化感知优势。1992年欧空局发射的ERS-1卫星首次揭示了美国Landers地震同震形变场，之后，雷达干涉测量技术目前广泛地应用于地震、火山、冰川、滑坡等形变场测量领域。
星载合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)技术，是通过距离向脉冲压缩技术提高距离向的雷达分辨率，利用合成孔径技术模拟一个大的天线系统来提高方位向的分辨率，从而使真实孔径雷达的图像分辨率大大提高。合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar；InSAR)是指雷达卫星以相同的轨道和相同的拍摄模式，获取同一地区的两幅SAR图像，利用精密的配准技术将两幅SAR图像配准，获取干涉相位图像。然后经相位解缠，可从干涉条纹中获取地形高程(DEM)。差分干涉雷达测量技术(D-InSAR)是指从干涉图像中除去地形信息(DEM)的相位贡献，来获取地表微小形变的测量技术。其中的地形起伏可采用目前免费的SRTM-DEM(美国航天飞机获取的全球数字地球高程)，也可采用干涉测量技术获取的高精度DEM。D-InSAR技术与其它传统测量技术相比，具有广域和空间连续的覆盖优势，是一项极具发展潜力的空间对地监测技术。
人工角反射器通常用于雷达卫星的定标和影像的高精度定位与地理编码等，目前较为常用的是三角反射器。三角反射器的通常结构为三个侧面均为直角三角形的正三棱锥体，且这三个侧面相互垂直；布设该类型角反射器需要考虑其水平方位角与雷达卫星的飞行方向一致，采取一定的仰角使得反射器中轴线与雷达卫星的侧视角度一致，这使得该类型角反射器的安装难度和结构复杂度都较高。此外，在滑坡灾害监测区域及其他大型基础设施如大坝、高速公路高铁路基、河堤江堤等监测区域需布设变形监测精度高、结构简单、成本较低、安装方便、体积尽量小的人工角反射器。因此，有必要发展新型的人工角反射器用于重要目标的高精度监测。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种变形监测精度高且安装方便的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器。
本发明采用的技术方案为：一种支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，包括用于反射雷达卫星信号的角反射器本体、用于安装角反射器本体的基座，以及组件式连接器；所述角反射器本体包括相互垂直的第一面板和第二面板，以及相互垂直的第三面板和第四面板，四块面板构成对称的两个垂直二面角板结构；其中，第二面板和第四面板水平固定于基座的上表面，所述组件式连接器连接两个垂直二面角板结构。
按上述方案，所述第一面板在水平面上的投影与升轨雷达卫星飞行方向一致，所述第三面板在水平面上的投影与降轨雷达卫星飞行方向一致。
按上述方案，所述组件式连接器包括三角支撑架和若干L型连杆，三角支撑架包括与第一面板背侧贴合且固定的第一杆件、与第三面板北侧贴合固定的第二杆件，第一杆件与第二杆件的端部固连构成三角支撑架的顶角；L型连杆沿第一杆件及第二杆件的长度方向间隔设置，且L型连杆的竖直段与第一面板/第三面板的背侧贴合固定，L型连杆的水平段与第二面板/第四面板的底面贴合固定。
按上述方案，所述三角支撑架还包括连接第一杆件及第二杆件的第三杆件。
按上述方案，所述基座包括由角钢围合而成的上层框架和下层框架，以及若干用于连接上层框架和下层框架的钢柱；所述上层框架与第二面板/第四面板相连；所述下层框架与观测墩表面或者水平地面固定。
按上述方案，所述第一面板、第二面板、第三面板及第四面板均为半圆形面板，第一面板与第二面板弦侧边相连，第三面板与第四面板弦侧边相连。
按上述方案，所述第一面板、第二面板、第三面板及第四面板均为矩形面板。
按上述方案，所述角反射器主体由金属板制造而成。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述角反射器包括垂直二面角板结构，该结构支持升降轨模式，缩短了卫星重访周期，可实现快速监测；垂直二面角反射模式支持多入射角雷达照射，增强了角反射器对不同雷达卫星入射角的可用性，可用于滑坡体表面高精度的InSAR变形监测，也可用于大型基础设施如大坝，高速公路或者高铁路基，河堤江堤等区域传统水准或者GPS沉降监测替代手段。
2、本发明所述角反射器为分体式结构，由多个结构可拆连接而成，这种结构方便组装和拆卸，有利于设备的野外运输、设备重复利用，以及零部件的更换及安装等，解决了现有技术中存在的设备尺寸大、难以运输及安装等问题，提高了整个设备的安装效率，降低了设备运行及维护成本，人工作业强度同步低。
3、本发明设计组件式连接器，组件式连接器的三角支撑架其顶角角度可根据雷达卫星轨道进行调整，以满足不同纬度地区和不同雷达卫星的条件下卫星升降轨方位角的精确调整，通用性强；L型连杆可垂直连接组装两个垂直的面板，实现高精度垂直组装。
4、本发明所述基座包含三个独立结构组件，方便批量生产与安装；角钢与面板螺栓连接，可使垂直二面角板保持良好的稳定性。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的整体示意图一。
图2本实施例的整体示意图二。
图3为角反射器本体的示意图一(四块面板均为半圆形面板)。
图4为本实施例中组件式连接器的示意图。
图5为三角支撑架的示意图。
图6为L型连杆的示意图。
图7为本实施例中基座的示意图。
图8为角反射器本体的示意图二(四块面板均为矩形面板)。
图9为三角支撑架在雷达右视调节下的角度选取原则示意图。
图10为三角支撑架在雷达左视调节下的角度选取原则示意图。
图11为磁偏角与真北方向夹角示意图。
其中：1、第一面板；2、第二面板；3、第三面板；4、第四面板；5、三角支撑架；6、L型连杆；7、上层框架；8、下层框架；9、钢柱；10、升轨雷达卫星飞行方向；11、降轨雷达卫星飞行方向。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1和图2所示的一种支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，包括用于反射雷达卫星信号的角反射器本体、用于安装角反射器本体的基座，以及组件式连接器；如图3所示，所述角反射器本体包括相互垂直的第一面板1和第二面板2，以及相互垂直的第三面板3和第四面板4，四块面板构成对称的两个垂直二面角板结构；其中，第二面板2和第四面板4水平固定于基座的上表面(第二面板2与第四面板4共面)，所述组件式连接器连接两个垂直二面角板结构。本发明中，第一面板1在水平面上的投影与升轨雷达卫星飞行方向10一致，第三面板3在水平面上的投影与降轨雷达卫星飞行方向11一致。
优选地，如图4～图6所示，所述组件式连接器包括三角支撑架5和若干L型连杆6，三角支撑架5包括与第一面板1背侧贴合且固定的第一杆件(可通过螺钉或螺栓连接固定)、与第三面板3北侧贴合固定的第二杆件(可通过螺钉或螺栓连接固定)，第一杆件与第二杆件的端部固连构成三角支撑架5的顶角；L型连杆6沿第一杆件及第二杆件的长度方向间隔设置，且L型连杆6的竖直段与第一面板1/第三面板3的背侧贴合固定，L型连杆6的水平段与第二面板2/第四面板4的底面贴合固定。本发明中，三角支撑架5其第一杆件的长度方向与升轨雷达卫星的轨道方向相适配，第二杆件的长度方向与降轨雷达卫星的轨道方向相适配。为了提高连接架的整体稳定性，所述三角支撑架5还包括连接第一杆件及第二杆件的第三杆件。本实施例中，L型连杆6共四组，两两分设与第一杆件和第二杆件上。
优选地，如图7所示，所述基座包括由角钢围合而成的上层框架7和下层框架8，以及若干用于连接上层框架7和下层框架8的钢柱9(可通过螺栓连接)；所述上层框架7通过螺栓与第二面板2/第四面板4相连(具体与组成上层框架7的角钢相连)；所述下层框架8通过膨胀螺栓与观测墩(可为水泥观测墩)表面或者水平地面固定。本实施例中，钢柱9为圆形钢柱，设有四根，分别布置于上下层框架8的四角。
优选地，所述第一面板1、第二面板2、第三面板3及第四面板4均为半圆形面板，如图3所示，第一面板1与第二面板2弦侧边相连，第三面板3与第四面板4弦侧边相连。
优选地，所述第一面板1、第二面板2、第三面板3及第四面板4均为矩形面板，如图8所示。
优选地，所述角反射器主体由金属板制造而成。
本发明中，为了使所述角反射器能够获最大的反射强度，需两个垂直二面角板结构安装的方位角与升降轨雷达飞行方向保持一致，利用垂直二面角金属板对合成孔径雷达信号强反射的特性，实现对升降轨雷达卫星信号的有效反射；第一面板1在水平面上的投影与升轨雷达卫星飞行方向10一致，第三面板3在水平面上的投影与降轨雷达卫星飞行方向11一致。组件式连接器的三角支撑架5其顶角角度可根据雷达卫星轨道进行调整，以满足不同纬度地区和不同雷达卫星的条件下卫星升降轨方位角的精确调整，通用性强，L型连杆6能够高精度的垂直连接组装两个垂直的面板，实现高精度垂直组装。
本发明所述角反射器的组装方法为：
首先，分别组装两个水平对称的垂直二面角板结构：第二面板2和第四面板4水平搁置，第一面板1和第三面板3垂直，利用组装式连接器的L型杆件连接第一面板1和第二面板2构成一组垂直二面角板结构，利用L型杆件连接第三面板3和第四面板4构成另一组垂直二面角板结构，L型连杆6分别通过螺栓或螺钉与各面板相连；
其次，通过组装式连接器对称连接两个垂直二面角板结构：利用三角支撑架5连接第一面板1和第三面板3，固定这两个面板在水平投影方向的角度与升降轨卫星飞行方向的夹角一致；利用
再次，安装基座：通过螺栓将各钢柱9与上层框架7和下层框架8相连。
最后，通过螺栓连接垂直二面角板结构和基座。
本发明所述角反射器的安装方法为：通过近似公式或者卫星公司获取角反射器安装区域的雷达卫星升降轨方位角，确定三角支撑架5的顶角角度；再查询获取角反射器安装区域的地磁偏角，通过高精度地质罗盘确定角反射器水平盘面的真北方向，实现准确高效的安装。
本发明中，所述三角支撑架5其第一杆件和第二杆件端部连接构成顶角，顶角角度为升轨雷达卫星的飞行轨道与真北方向的夹角α1(也即第三面板3在水平地面上的投影与真北方向的夹角)，及降轨雷达卫星飞行轨道与真北方向的夹角α2(也即第一面板1在水平地面上的投影与真北方向的夹角)之和。由于雷达卫星在地面的轨道方向随地球纬度不同发生变化，可利用公式1计算：
式中，α1，α2为卫星星下点轨迹方向与真北方向的近似角度，θ为卫星经过赤道时，飞行方向与赤道面的夹角；β为角反射器安装位置的纬度。采用上式做近似计算时，β的取值范围为0～60°，纬度高于60度时，公式(1)不可用。还可通过SAR卫星公司提供的参数文件获取该地区的升降轨方位角，通常雷达数据文件中提供较为精确的卫星轨道星轨迹方位角参数。
利用高精度地质罗盘设置角反射器真北方向的方法为：在水泥观测墩上通过地质罗盘指北，确定角反射器的安装方位。如果雷达卫星升降轨数据均为右视成像，则角反射器的安装角度如图9所示(雷达卫星升降轨数据均为左视成像，则角反射器的安装角度如图10所示)。通过地质罗盘获得的是磁北方向，查阅当地的磁偏角改正数，如图11所示进行修正，即得准确的真北方位。以真北方向为准，利用膨胀螺栓固定角反射器的正方形角钢上基座15到水泥观测墩。上述方法同样适用于南半球相同的卫星轨道雷达成像模式。
本发明水平方位的实际安装精度可达正负1度左右，满足高精度形变观测的需求。
尽管本文较多地使用了面板、三角支撑架5、L型连杆6、基座、钢柱等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，包括用于反射雷达卫星信号的角反射器本体、用于安装角反射器本体的基座，以及组件式连接器；所述角反射器本体包括相互垂直的第一面板和第二面板，以及相互垂直的第三面板和第四面板，四块面板构成对称的两个垂直二面角板结构；其中，第二面板和第四面板水平固定于基座的上表面，所述组件式连接器连接两个垂直二面角板结构。
2.如权利要求1所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述第一面板在水平面上的投影与升轨雷达卫星飞行方向一致，所述第三面板在水平面上的投影与降轨雷达卫星飞行方向一致。
3.如权利要求1所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述组件式连接器包括三角支撑架和若干L型连杆，三角支撑架包括与第一面板背侧贴合且固定的第一杆件、与第三面板北侧贴合固定的第二杆件，第一杆件与第二杆件的端部固连构成三角支撑架的顶角；L型连杆沿第一杆件及第二杆件的长度方向间隔设置，且L型连杆的竖直段与第一面板/第三面板的背侧贴合固定，L型连杆的水平段与第二面板/第四面板的底面贴合固定。
4.如权利要求3所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述三角支撑架还包括连接第一杆件及第二杆件的第三杆件。
5.如权利要求1所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述基座包括由角钢围合而成的上层框架和下层框架，以及若干用于连接上层框架和下层框架的钢柱；所述上层框架与第二面板/第四面板相连；所述下层框架与观测墩表面或者水平地面固定。
6.如权利要求1所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述第一面板、第二面板、第三面板及第四面板均为半圆形面板，第一面板与第二面板弦侧边相连，第三面板与第四面板弦侧边相连。
7.如权利要求1所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述第一面板、第二面板、第三面板及第四面板均为矩形面板。
8.如权利要求1所述的支持升降轨雷达卫星的组装式金属二面角反射器，其特征在于，所述角反射器主体由金属板制造而成。
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