CN110726396A - 一种insar地面角反射器和差异沉降监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种INSAR卫星地面角反射器和差异沉降监测方法，包括地基、连接柱、北斗接收天线和角反射器，地基主要是用于固定连接柱；信号反射装置与连接柱之间设置有角度自动调节装置，可根据INSAR卫星的俯角进行角度调节。连接柱顶端放置北斗接收天线，用于接收北斗卫星信号。本发明主要在无强散射点处，通过北斗卫星对该点进行精确定位，同时运用角反射器形成强散射点，利用INSAR处理技术监测该点的动态沉降，并结合北斗定位信息进行方位修正得到更为准确的结果，从而节省人工，降低费用，缩短沉降监测的周期。

Description

一种INSAR地面角反射器和差异沉降监测方法

技术领域

本发明涉及差异沉降测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器和差异沉降监测方法。

背景技术

技术是一种新的地表差分监测的有效方法，为了定点监测相邻点之间的差异沉降，在无法形成强散射点的点位上采用INSAR地面角反射器可以提高信号的强度和精度。

技术在进行地表沉降监测的时候需要与水准测量高程数据指标、北斗坐标指标进行精度对比，通过坐标点修正监测点的位置，将INSAR技术和北斗定位技术相融合。目前仍然存在的技术问题是：

现有INSAR地面角反射器角度无法自动调节，人工方位调节相对复杂、角度控制精度较低，信号反射装置旋转角度受限，现有的INSAR信号反射装置监测结果缺乏对比检校，与人工测量结果测点与参考点不同，无法将测量结果在同一参考系内对比。同时计算结果在定位上缺乏精度，无法将INSAR计算出的永久散射体点精确的对应到地物位置上。

因此，如何提供一种可通过INSAR技术与北斗定位技术进行相互检校，提高监测结果精度的角反射器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器和差异沉降监测方法，通过INSAR技术与北斗定位技术进行相互检校，采用北斗的定位技术为InSAR监测结果做支撑，极大的提高监测结果精度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一方面提供了一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器，包括：信号反射装置、角度自动调节装置、测量天线、连接柱、地基和充电电池；所述连接柱的底端垂直于所述地基，并与所述地基固定连接；所述连接柱的顶端安装有所述测量天线；所述测量天线与所述充电电池连接；所述角度自动调节装置固定在所述连接柱的侧壁上；所述信号反射装置通过所述角度自动调节装置与所述连接柱连接，所述信号反射装置包括：三块角反射板和边框，三块所述角反射板构成敞口式三棱锥结构；所述敞口式三棱锥结构安装在所述边框上；所述角度自动调节装置包括球体、球面槽、锁紧装置和智能控制模块；其中所述球体安装在所述敞口式三棱锥结构的敞口面相对的顶角上；所述球面槽安装在所述连接柱上；所述球体与所述球面槽相适配；所述锁紧装置紧固所述球面槽；所述智能控制模块接收控制指令并控制所述角度自动调节装置。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：通过角度自动调节装置，可以对信号反射装置的开口进行任意方向的自动、远程精确调整，便于最大化反射回波信号；同时通过INSAR监测结果与北斗定位信息互补，通过InSAR完成沉降监测的同时，用高精度的北斗定位信息进行修正。

通过智能控制模块远程控制角度自动调节装置，利用角度自动调节装置可进行任意方向上±45°的精确角度调节，利用球体在球面槽内转动调节角度，然后用球面槽上并用锁紧装置进行固定角度。在角度调节上选用万向角调节使得无论卫星在什么方位都能有效的反射高强度的回波信号。

提高大观测范围的反射能量，增大有效通光口径，提高合作目标的视场角，减小光束的发散角。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，还包括：太阳能电池板；所述太阳能电池板与所述充电电池连接。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：通过太阳能电池板进行充电保证测量天线的电源供应。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述角度自动调节装置包括球体、球面槽和、锁紧装置和智能控制模块；其中所述球体安装在所述敞口式三棱锥结构的敞口面相对的顶角上；所述球面槽安装在所述连接柱上；所述球体与所述球面槽相适配；所述锁紧装置装置紧固所述球面槽；所述智能控制模块接受控制指令、控制自动调节装置。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：通过智能控制模块远程控制角度自动调节装置，利用角度自动调节装置可进行任意方向上±45°的精确角度调节，利用球体在球面槽内转动调节角度，然后用球面槽上并用锁紧装置装置进行固定角度。在角度调节上选用万向角调节使得无论卫星在什么方位都能有效的反射高强度的回波信号。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述地基包括：混凝土盖板、电池坑、排水管和穿线管；所述充电电池置于所述电池坑内；所述电池坑的地面上设置有所述排水管；所述电池坑的侧壁上开设有穿线管；所述混凝土盖板覆盖所述电池坑。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：地基内打好电池坑，在电池坑内放置充电电池，与电池坑相连的有供排水的排水管和走线用的穿线管，其余区域用混凝土封死。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述敞口式三棱锥结构的三块角反射板为全等的等腰直角三角形；其中一块所述角反射板平行于地面。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述敞口式三棱锥结构的内表面设置有反射膜。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：可选用金属板或玻璃镀膜，提供信号的反射。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述太阳能电池板向阳设置。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：保证太阳能电池板能够接收太阳光，进一步保证为充电电池充电。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述测量天线按照时间分辨率接收定位信息，并通过数据线与计算机连接。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：实时接收北斗卫星对该点的定位信息，并进行相应的存储，对于存储的信息可以用数据线连接电脑进行导出。

优选的，在上述的一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器中，所述敞口式三棱锥结构上开设有排水孔。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：排水孔用于将敞口式三棱锥结构内的水排出，防止影响信号的反射。

本发明的第二方面提供了一种差异沉降监测方法，采用上述的INSAR卫星地面角反射器进行监测，包括如下步骤：

在INSAR观测期内，应用所述INSAR卫星地面角反射器对应位置的北斗卫星连续测量，获得所述INSAR卫星地面角反射器对应位置的时间域强反射点形变信息和强反射点位置信息；

将所述时间域强反射点形变信息和强反射点位置信息与所述INSAR卫星地面角反射器获得的瞬态空间域连续区域形变中的强反射点形变信息和强反射点位置信息进行比较；

根据比较结果对INSAR卫星地面角反射器测量的形变信息和位置信息的测量精度进行校正。

该方法为INSAR形变观测结果的空间定位提供可靠依据，有效提高监测精度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器，使用INSAR技术与北斗定位技术相结合，通过两种不同的方法获取该点的沉降信息，对一个点的信息进行自我检校，结合两种方法得到更为准确的结果，同时在优劣势上进行互补，相得益彰。安装时，选取能获取到北斗卫星信号的位置，将该装置固定在测量点上，按照InSAR卫星要求调整好该反射装置的方向即信号反射装置的开口方向。通过智能控制模块使角度自动调节装置进行方向精确调节，然后锁紧装置可实现对调整后的信号反射装置开口方向进行固定。采用此技术在高速铁路桥梁差异沉降的监测与预警研究工作中，更为准确的获取位置信息，通过INSAR测量与北斗定位测量取得更准确的参照值，提高监测精度，进而提高整体差异沉降的监测质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图；

图2附图为本发明的信号反射装置的结构示意图。

在图中：1信号反射装置、11角反射板、12边框、2角度自动调节装置、21球体、22球面槽、23锁紧装置、24智能控制模块、3测量天线、4连接柱、5地基、51混凝土盖板、52电池坑、53排水管、54穿线管、6充电电池、7太阳能电池板。

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获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器和差异沉降监测方法，使用INSAR技术与北斗定位技术相结合，通过两种不同的方法获取该点的沉降信息，对一个点的信息进行自我检校，结合两种方法得到更为准确的结果，同时在优劣势上进行互补，相得益彰。

如图1所示，一种基于北斗点观测墩通用的INSAR地面角反射器，包括：信号反射装置1、角度自动调节装置2、测量天线3、连接柱4、地基5和充电电池6；连接柱4的底端垂直于地基5，并与地基5固定连接；连接柱4的顶端安装有测量天线3；测量天线3与充电电池6连接；角度自动调节装置2固定在连接柱4的侧壁上；信号反射装置1通过角度自动调节装置2与连接柱4连接。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：太阳能电池板7；太阳能电池板与充电电池6连接。

为了进一步优化上述技术方案，如图2所示，信号反射装置1包括：三块角反射板11和边框12；三块角反射板11构成敞口式三棱锥结构；敞口式三棱锥结构安装在边框12上。

为了进一步优化上述技术方案，角度自动调节装置2包括球体21、球面槽22、锁紧装置23和智能控制模块24；其中球体21安装在敞口式三棱锥结构的敞口面相对的顶角上；球面槽22安装在连接柱4上；球体21与球面槽22相适配；锁紧装置23紧固球面槽22；智能控制模块24接收控制指令并控制角度自动调节装置2。

为了进一步优化上述技术方案，地基5包括：混凝土盖板51、电池坑52、排水管53和穿线管54；充电电池6置于电池坑52内；电池坑52的地面上设置有排水管53；穿线管54的侧壁上开设有穿线管54；混凝土盖板51覆盖电池坑52。

为了进一步优化上述技术方案，敞口式三棱锥结构的三块角反射板为全等的等腰直角三角形；其中一块角反射板平行于地面。敞口式三棱锥结构为正三棱锥，等边三角形面为敞口面。

为了进一步优化上述技术方案，敞口式三棱锥结构上开设有排水孔。

为了进一步优化上述技术方案，太阳能电池板7向阳设置。

为了进一步优化上述技术方案，敞口式三棱锥结构的内表面设置有反射膜。

为了进一步优化上述技术方案，测量天线3按照时间分辨率接收定位信息，并通过数据线与计算机连接。

安装时，选取能获取到北斗卫星信号的位置，用混凝土浇筑地基5预留电池坑52、排水管53、穿线管54，并将连接柱4固定在地基5上，按照InSAR卫星要求调整好信号反射装置1的方向即信号反射装置1的开口方向针对卫星信号发射方向。通过在角度自动调节装置2的球面槽22内转动连接信号反射装置1的球体21进行方向调节，然后锁紧装置23可实现对调整后的信号反射装置1开口方向进行固定。

本发明的第二方面提供了一种差异沉降监测方法，采用上述的INSAR卫星地面角反射器进行监测，包括如下步骤：

在INSAR观测期内，应用所述INSAR卫星地面角反射器对应位置的北斗卫星连续测量，获得所述INSAR卫星地面角反射器对应位置的时间域强反射点形变信息和强反射点位置信息；

将所述时间域强反射点形变信息和强反射点位置信息与所述INSAR卫星地面角反射器获得的瞬态空间域连续区域形变中的强反射点形变信息和强反射点位置信息进行比较；

根据比较结果对INSAR卫星地面角反射器测量的形变信息和位置信息的测量精度进行校正。

该方法为INSAR形变观测结果的空间定位提供可靠依据，有效提高监测精度。

采用此设备和方法在高速铁路桥梁差异沉降的监测与预警研究工作中，更为准确的获取位置信息，通过INSAR测量与北斗定位测量取得更准确的参照值，提高监测精度，进而提高整体差异沉降的监测质量。使用INSAR技术与北斗定位技术相结合，通过两种不同的方法获取该点的沉降信息，对一个点的信息进行自我检校，结合两种方法得到更为准确的结果，同时在优劣势上进行互补，相得益彰。在角度调节上选用万向角调节使得无论卫星在什么方位都能有效的反射高强度的回波信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，包括：信号反射装置、角度自动调节装置、测量天线、连接柱、地基和充电电池；所述连接柱的底端垂直于所述地基，并与所述地基固定连接；所述连接柱的顶端安装有所述测量天线；所述测量天线与所述充电电池连接；所述角度自动调节装置固定在所述连接柱的侧壁上；所述信号反射装置通过所述角度自动调节装置与所述连接柱连接，所述信号反射装置包括：三块角反射板和边框，三块所述角反射板构成敞口式三棱锥结构，所述敞口式三棱锥结构安装在所述边框上；所述角度自动调节装置包括球体、球面槽、锁紧装置和智能控制模块；其中所述球体安装在所述敞口式三棱锥结构的敞口面相对的顶角上；所述球面槽安装在所述连接柱上；所述球体与所述球面槽相适配；所述锁紧装置紧固所述球面槽；所述智能控制模块接收控制指令并控制所述角度自动调节装置。

2.根据权利要求1所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，还包括：太阳能电池板；所述太阳能电池板与所述充电电池连接。

3.根据权利要求1所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，所述地基包括：混凝土盖板、电池坑、排水管和穿线管；所述充电电池置于所述电池坑内；所述电池坑的地面上设置有所述排水管；所述电池坑的侧壁上开设有穿线管；所述混凝土盖板覆盖所述电池坑。

4.根据权利要求1所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，所述敞口式三棱锥结构的三块所述角反射板为全等的等腰直角三角形；其中一块所述角反射板平行于地面。

5.根据权利要求1所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，所述敞口式三棱锥结构上开设有排水孔。

6.根据权利要求2所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，所述太阳能电池板向阳设置。

7.根据权利要求1、4或5所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，所述敞口式三棱锥结构的内表面设置有反射膜。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种INSAR卫星地面角反射器，其特征在于，所述测量天线按照时间分辨率接收定位信息，并通过数据线与计算机连接。

9.一种差异沉降监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的INSAR卫星地面角反射器进行监测，包括如下步骤：

在INSAR观测期内，应用所述INSAR卫星地面角反射器对应位置的北斗卫星连续测量，获得所述INSAR卫星地面角反射器对应位置的时间域强反射点形变信息和强反射点位置信息；

将所述时间域强反射点形变信息和强反射点位置信息与所述INSAR卫星地面角反射器获得的瞬态空间域连续区域形变中的强反射点形变信息和强反射点位置信息进行比较；

根据比较结果对INSAR卫星地面角反射器测量的形变信息和位置信息的测量精度进行校正。

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