CN113376588B - 反射器阵列以及环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射器阵列以及环境监测系统，所述反射器阵列包括：参考反射单元、至少两个第一反射单元以及至少两个第二反射单元；所述第一反射单元、所述第二反射单元及所述参考反射单元均包括：入射面和多个反射面；其中，第一反射单元的入射面与参考反射单元的入射面之间具有第一预设夹角，第二反射单元的入射面与参考反射单元的入射面之间具有第二预设夹角，以使所述反射器阵列所反射的电磁波的散射方向图宽度大于预设目标角度。本发明提供的反射器阵列以及环境监测系统能够解决现有的环境监测装置价格高、安装条件苛刻以及监测范围小的问题。

Description

反射器阵列以及环境监测系统

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种反射器阵列以及环境监测系统。

背景技术

地质灾害的发生常伴随着人员的伤亡和财产的损失，且地质灾害来势迅猛，人们通常无法在灾害发生的第一时间内采取有效的应对措施。根据近年来的地质灾害防治经验可知，利用环境监测系统进行日常地表监测是降低地质灾害损失的有效措施。

传统的环境监测技术包括水准测量、GPS测量以及电子测距测量等。尽管上述的环境监测技术的成熟度高且测量结果较为精准，但每种环境监测技术所需要的环境监测装置的成本偏高，且环境监测装置的安装条件较为苛刻，易使监测地质灾害安装流程复杂化，进而影响环境监测装置的监测效率。

因此，需要对现有技术问题提出解决方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种反射器阵列以及环境监测系统，以解决现有的环境监测装置价格高、安装条件苛刻以及监测范围小的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种反射器阵列，所述反射器阵列包括：参考反射单元；至少两个第一反射单元，与所述参考反射单元共面设置；至少两个第二反射单元，与所述第一反射单元异面设置；所述第一反射单元、所述第二反射单元及所述参考反射单元均包括：入射面和多个反射面；所述入射面用于接收外部的雷达所发射的电磁波，并入射至所述反射面，所述反射面用于反射所述电磁波；其中，第一反射单元的入射面与参考反射单元的入射面之间具有第一预设夹角，第二反射单元的入射面与参考反射单元的入射面之间具有第二预设夹角，以使所述反射器阵列所反射的电磁波的散射方向图宽度大于预设目标角度。

进一步地，所述至少两个第二反射单元所形成的连线垂直相交于所述至少两个第一反射单元和参考反射单元所在的平面。

进一步地，至少两个第二反射单元分布于所述参考反射单元的两侧。

进一步地，所述反射器阵列还包括安装架，所述安装架包括相连的第一安装架和第二安装架，所述第一安装架用于安装所述第一反射单元和所述参考反射单元；所述第二安装架用于安装所述第二反射单元。

进一步地，在所述第一安装架上设置有第一固定座和参考固定座，所述第一固定座用于承接所述第一反射单元，所述参考固定座用于承接所述参考反射单元；在所述第二安装架上设置有第二固定座，所述第二固定座用于承接所述第二反射单元。

进一步地，所述第一固定座设置于所述参考固定座的两侧。

进一步地，所述第一固定座、所述第二固定座和所述参考固定座的尺寸相同，且形状相同。

进一步地，所述第一固定座的安装面与所述参考固定座的安装面之间具有第三预设夹角；所述第二固定座的安装面与所述参考固定座的安装面之间具有第四预设夹角。

进一步地，所述第一安装架为三角形支架，所述三角形支架包括依次首尾连接的第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆。

进一步地，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元均包括：连接件；所述连接件用于使第一反射单元和参考反射单元安装于所述第一安装架，以及使第二反射单元安装于所述第二安装架。

进一步地，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元均为无源反射器。

进一步地，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元均为三棱锥反射器。

进一步地，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元的入射面和反射面的形状和大小均相同。

进一步地，本发明还提供一种环境监测系统，所述环境监测系统包括：至少一个如前文所述的反射器阵列和与所述反射器阵列耦合的至少一雷达，其中所述反射器阵列设置于目标区域的地表；所述至少一雷达用于发射电磁波至所述反射器阵列，并接收所述反射器阵列的回波，以判断地表状况。

本发明实施例提供的一种反射器阵列以及环境监测系统能够解决现有的环境监测装置价格高、安装条件苛刻以及监测范围小的问题。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本发明实施例提供的一种反射器阵列的结构示意图。

图2为图1所示的反射器阵列的另一视角的结构示意图。

图3为图1所示的反射阵列中安装架的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种第一安装架的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的一种第二安装架的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的第一反射单元、第二反射单元或参考反射单元的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的第一反射单元、第二反射单元以及参考反射单元的入射面的位置示意图。

图8为本发明实施例提供的第一预设夹角的示意图。

图9为本发明实施例提供的另一第一预设夹角的示意图。

图10为本发明实施例提供的反射阵列第二反射单元与参考反射单元入射面的位置示意图。

图11为本发明实施例提供的第二预设夹角的示意图。

图12为本发明实施例提供的另一第二夹角的示意图。

图13为本发明实施例提供的一种反射器阵列俯仰面散射方向图。

图14为本发明实施例提供的一种反射器阵列方位面散射方向图。

图中标记如下：

1反射器阵列；

11安装架；12第一反射单元；13第二反射单元；14参考反射单元；15连接件；

111第一安装架；112第二安装架；113第一固定座；114第二固定座；115参考固定座；

121第一反射单元的入射面；131第二反射单元的入射面；141参考反射单元的入射面；

1111第一支撑杆；1112第二支撑杆；1113第三支撑杆；1121固定结构；第一预设夹角a；第二预设夹角b；第三预设夹角f；第四预设夹角g。

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，本领域技术人员在没有作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。

参阅图1-14所示，本实施例提供一种反射器阵列1。所述反射器阵列1包括：参考反射单元14、至少两个第一反射单元12以及至少两个第二反射单元13。其中，所述第一反射单元12与所述参考反射单元14共面设置，所述第二反射单元13与所述第一反射单元12异面设置。其中，所述第一反射单元12与所述参考反射单元14共面设置是指所述第一反射单元12与所述参考反射单元14安装在同一平面上。所述第二反射单元13与所述第一反射单元12异面设置是指所述第二反射单元13与所述第一反射单元12安装在不同平面上。

示例性地，所述第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14均为无源反射器。

在本实施例中，多个第一反射单元12、多个第二反射单元13以及一个参考反射单元14均是三棱锥反射器。当然在其他部分实施例中，多个第一反射单元12、多个第二反射单元13以及一个参考反射单元14也可以为其他几何形状的反射器。

多个所述第一反射单元12、多个第二反射单元13以及一个参考反射单元14的制作材料是金属铝。由于金属铝的价格低廉，故由金属铝制成的反射器阵列1成本较低。此外，同体积下金属铝的质量比大部分金属的质量更小，故由金属铝制成的第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14更为轻便，易于搬运和安装，进而降低了运输成本。在其他实施例中，若出于其他考量，所述第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14的制造材料也可选为铜、铁、合金等。

可选地，至少两个所述第二反射单元13与所述参考反射单元14设于同一平面上。

在本实施例中，所述至少两个第二反射单元13所形成的连线垂直相交于所述至少两个第一反射单元12和参考反射单元14所在的平面。

参照图1-2所示，至少两个第二反射单元13分布于所述参考反射单元14的两侧。

在本实施例中，所述反射器阵列1包括5个反射器，所述5个反射器是指两个第一反射单元12、两个第二反射单元13以及一个参考反射单元14。此外，在其他实施例中，在不考虑制造成本的前提下，所述反射器阵列1也可包括更多个的第一反射单元12，和/或第二反射单元13，以满足特殊应用场景的实际需求。

如图1以及图7所示，所述第一反射单元12、所述第二反射单元13及所述参考反射单元14均包括：入射面和多个反射面；所述入射面用于接收外部的雷达所发射的电磁波，并入射至所述反射面，所述反射面用于反射所述电磁波。

在本实施例中，第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14的入射面以及反射面的形状、大小均相等，其中所述入射面和所述反射面的形状是三角形，而在其他部分实施例中，所述入射面和所述反射面的形状也可以为方形以及扇形。所述第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14的入射面以及反射面的形状可根据应用场景的实际需求而定，本发明对此不做限定。

进一步地，参照图7-12所示，第一反射单元的入射面121与参考反射单元的入射面141之间具有第一预设夹角a，第二反射单元的入射面131与参考反射单元的入射面141之间具有第二预设夹角b。通过设定安装架的位置以及安装于其上的第一反射单元12、第二反射单元13及参考反射单元14的相互位置关系，以及确定第一反射单元12、第二反射单元13及参考反射单元14的入射面和反射面，可以实现所述反射器阵列1所反射的电磁波的散射方向图宽度大于预设目标角度。

在本实施例中，为保证所述反射器阵列1最终散射方向图的覆盖宽度以及曲线的光滑度，所述第一预设夹角a优选为46°，所述第二预设夹角b优选为88°。

于是，通过上述配置，可以实现反射器阵列1所反射的电磁波的散射方向图宽度大于预设目标角度，需说明的是，预设目标角度是指单个反射器的散射方向图宽度。换言之，通过上述配置，可以实现反射器阵列1所反射的电磁波的散射方向图宽度大于单个反射器的散射方向图宽度。示例性，本实施例提供的反射器阵列的散射方向图宽度可以为140°。参阅图13-14所示，图13是本实施例提供的反射器阵列1的俯仰面散射方向图，图14是本实施例提供的反射器阵列1的方位面散射方向图。由图可知，本实施例提供的反射器阵列1与现有技术中的三角反射器相比，本实施例提供的反射器阵列1可实现方位面以及俯仰面散射方向图宽度均大于140°的技术效果。

在本实施例中，所述反射器阵列1还包括安装架11，所述安装架11包括相连的第一安装架111和第二安装架112。所述第一安装架111用于安装所述第一反射单元12和所述参考反射单元14。所述第二安装架112用于安装所述第二反射单元13。

所述第二安装架112的中间设有一固定结构1121，所述第一安装架111通过所述固定结构1121与所述第二安装架112可拆卸式连接。

在本实施例中，所述第一安装架111为三角形支架，所述三角形支架包括依次首尾连接的第一支撑杆1111、第二支撑杆1112和第三支撑杆1113。本实施例提供的第一安装架111的形状整体呈三角形，目的是为了使所述第一安装架111的结构更为稳定，进而提升所述反射器阵列1整体结构的稳定性。

示例性地，所述第一支撑杆1111与所述第二支撑杆1112之间的夹角e是126°。所述第二支撑杆1112与所述第三支撑杆1113之间的夹角c是27°。所述第三支撑杆1113与所述第一支撑杆1111之间的夹角d是27°。

在所述第一安装架111上设置有第一固定座113和参考固定座115，所述第一固定座113用于承接所述第一反射单元12，所述参考固定座115用于承接所述参考反射单元14。在所述第二安装架112上设置有第二固定座114，所述第二固定座114用于承接所述第二反射单元13。

进一步，所述第一固定座113、第二固定座114以及参考固定座115通过螺钉可拆卸式固定在所述安装架11上。在其他实施例中，所述第一固定座113、第二固定座114以及参考固定座115也可通过焊接的方式固定在所述安装架11上。

所述第一固定座113设置于所述参考固定座115的两侧，如此配置，使得第一反射单元12位于参考反射单元14的两侧。

在本实施例中，所述第一固定座113、所述第二固定座114和所述参考固定座115的尺寸相同，且形状相同，这样可以提升固定座的通用性。

进一步地，所述第一固定座113的安装面与所述参考固定座115的安装面之间具有第三预设夹角f。所述第二固定座114的安装面与所述参考固定座115的安装面之间具有第四预设夹角g。其中，所述安装面是所述第一固定座113、所述第二固定座114以及所述参考固定座115与所述反射单元（例如：第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14）相接的面。

示例性地，所述第三夹角的大小与所述第一夹角的大小相等。所述第四夹角的大小与所述第二夹角的大小相等。在组装所述反射器阵列1时，由于所述第一固定座113以及参考固定座115之间存在第三预设夹角f（如图4所示），故安装在第一固定座113以及参考固定座115上的反射单元（即第一反射单元12以及参考反射单元14）的入射面之间形成第一可调夹角，通过改变所述第三预设夹角f的大小，使得安装在第一固定座113以及参考固定座115上的反射单元(即第一反射单元12以及参考反射单元14)的入射面之间所形成的所述第一可调夹角度数达到第一预设夹角a的度数。同样，由于所述第二固定座114以及参考固定座115之间存在第四预设夹角g（如图5所示），故安装在第二固定座114以及参考固定座115上的反射单元(即第二反射单元13以及参考反射单元14)之间形成第二可调夹角，通过改变所述第三预设夹角f的大小，使得安装在第二固定座114以及参考固定座115上的反射单元(即第二反射单元13以及参考反射单元14)的入射面之间所形成的所述第二可调夹角度数达到第二预设夹角b的度数。

本实施例通过在安装架11上设计固定座（例如第一固定座、第二固定座、参考固定座）的结构，令组装所述反射器阵列1时，无须调整反射单元（例如：第一反射单元12、第二反射单元13以及参考反射单元14)入射面的朝向，仅需要将反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）安装在固定座上即可，减少了人为测量调整的环节。若如上设置，则能够在简化反射器阵列1的组装流程的基础上，避免组装反射器阵列1时的调试误差。

在其他实施例中，所述反射器阵列1中的反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）也可以直接焊接在所述安装架11上。由于反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）已经按预设要求焊接在所述安装架11上，因此当应用所述反射器阵列1时，只需要将安装架11固定安装在指定位置即可，此类固定方式无需调整所述反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）的安装位置以及角度，从而降低了所述反射器阵列1安装的复杂程度。

继续参阅图2-4以及图6，所述第一安装架111通过所述第一固定座113以及所述参考固定座115与所述反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）上的连接件15为可拆卸式连接。所述第二安装架112通过所述第二固定座114与所述第二反射单元上的连接件15为可拆卸式连接。

所述第一反射单元12、所述第二反射单元13和所述参考反射单元14均包括：连接件15。其中，通过所述连接件15，可以使第一反射单元12和参考反射单元14安装于所述第一安装架111，以及可以使第二反射单元13安装于所述第二安装架112。

在本实施例中，所述连接件15焊接在所述反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）上。在其他实施例中，所述连接件15也可通过胶体与所述反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）固定连接。

本实施例提供的反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）与安装架11之间采用可拆卸的方式连接固定，若如上设置，则能够根据用户的需求随时增减反射器的数量，改变反射器阵列1中反射器的分布位置，拓宽所述反射器阵列1的应用场景。此外，由于所述反射器阵列1中的安装架11与反射器均为独立个体，在运输的过程中所述安装架11与所述反射器能够拆分成多组零件，降低了运输难度。

进一步地，位于所述参考固定座115上的反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）的中心线与所述第一安装架111所在平面平行。所述中心线是所述反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）入射面的中心点与所述反射单元顶点的连线。需说明的是，此处的反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）顶点是指与所述反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）入射面相对应的顶点。

此外，结合图1以及图3，位于所述第一安装架111上的两个第一反射单元12与位于所述第一安装架111上的参考反射单元14之间均相距第一预设距离值。位于所述第二安装架112上的两个第二反射单元13与位于所述第一安装架111上的参考反射单元14之间均相距第二预设距离值。其中，所述第一预设距离值与所述第二预设距离值的具体数值由反射单元12的实际尺寸以及形状确定，本发明对此不做限定。

此外，若出于降低所述反射器阵列1生产成本的目的，可将第一安装架111上连接第一反射单元12与参考反射单元14的固定杆的长度设定为第一预设距离值，也可将第二安装架112上连接两个第二反射单元13的固定杆设定为两倍的第二预设距离值。示例性地，若第一预设距离值是5厘米，第二预设距离值是9厘米，则第一安装架111上的第一反射单元12与位于第一安装架111上的参考反射单元14之间的固定杆的长度为5厘米，第二安装架112上的第二反射单元13之间的固定杆是18厘米。亦即，将所述安装架11上的多个反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）分别设置在所述安装架11的各个端点上。若如上设置，可以在保证所述反射器阵列1性能的同时，降低制造原料的使用数量，以降低制造成本。

此外，本发明一实施例还提供了一种环境监测系统。所述环境监测系统包括至少一个如前文所述的反射器阵列1和与所述反射器阵列1耦合（即电磁波方式连接）的至少一雷达，其中所述反射器阵列1的具体结构如上文所述，在此不再赘述。

在本实施例中，所述反射器阵列1设置于目标区域的地表。

所述至少一雷达用于发射电磁波至所述反射器阵列1，并接收所述反射器阵列1的回波，以判断地表状况。

示例性地，所述雷达可以设置为距所述反射器阵列一预设距离，例如500米。

本发明通过将多个反射单元（例如第一反射单元12、第二反射单元13、参考反射单元14）组成反射器阵列，由于所述反射单元的价格低，且对安装环境没有要求，故应用所述反射器阵列的环境监测系统的成本同样低廉，且能够适用于各种监测环境。除上述内容外，本发明提供的反射器阵列的散射方向图的宽度比传统的角反射器的散射方向图更宽，即本发明提供的反射器阵列的散射方向图的宽度大于140°，由此可见，本发明提供的反射器阵列能够对应收发更多雷达发射的电磁波，提升环境监测系统对环境监测结果的准确率。

以上对本发明实施例所提供的一种反射器阵列以及环境监测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种反射器阵列，其特征在于，所述反射器阵列包括：

参考反射单元；

至少两个第一反射单元，与所述参考反射单元共面设置；

至少两个第二反射单元，与所述第一反射单元异面设置；

反射器阵列分为三层，第一层为第二反射器单元，第二层为第一反射器单元和参考反射器单元，第三层为第二反射器单元;

所述第一反射单元、所述第二反射单元及所述参考反射单元均包括：入射面和多个反射面；所述入射面用于接收外部的雷达所发射的电磁波，并入射至所述反射面，所述反射面用于反射所述电磁波；

其中，第一反射单元的入射面与参考反射单元的入射面之间具有第一预设夹角，第二反射单元的入射面与参考反射单元的入射面之间具有第二预设夹角，以使所述反射器阵列所反射的电磁波的散射方向图宽度大于预设目标角度；

所述反射器阵列还包括安装架，所述安装架包括相连的第一安装架和第二安装架，所述第一安装架用于安装所述第一反射单元和所述参考反射单元；所述第二安装架用于安装所述第二反射单元; 所述第一安装架为三角形支架，所述三角形支架包括依次首尾连接的第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆，所述第一支撑杆与所述第二支撑杆之间的夹角是126°，所述第二支撑杆与所述第三支撑杆之间的夹角是27°，所述第三支撑杆与所述第一支撑杆之间的夹角是27°;其中第一预设夹角为46°，第二预设夹角b为88°，预设目标角度为140°；在所述第一安装架上设置有第一固定座和参考固定座，所述第一固定座用于承接所述第一反射单元，所述参考固定座用于承接所述参考反射单元；在所述第二安装架上设置有第二固定座，所述第二固定座用于承接所述第二反射单元；所述第一固定座的安装面与所述参考固定座的安装面之间具有第三预设夹角；所述第二固定座的安装面与所述参考固定座的安装面之间具有第四预设夹角，其中安装面是所述第一固定座、所述第二固定座以及所述参考固定座与相应的反射单元相接的面。

2.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述至少两个第二反射单元所形成的连线垂直相交于所述至少两个第一反射单元和参考反射单元所在的平面。

3.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，至少两个第二反射单元分布于所述参考反射单元的两侧。

4.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述第一固定座设置于所述参考固定座的两侧。

5.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述第一固定座、所述第二固定座和所述参考固定座的尺寸相同，且形状相同。

6.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元均包括：连接件；所述连接件用于使第一反射单元和参考反射单元安装于所述第一安装架，以及使第二反射单元安装于所述第二安装架。

7.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元均为无源反射器。

8.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元均为三棱锥反射器。

9.根据权利要求1所述的反射器阵列，其特征在于，所述第一反射单元、所述第二反射单元和所述参考反射单元的入射面和反射面的形状和大小均相同。

10.一种环境监测系统，其特征在于，包括：至少一个如权利要求1所述的反射器阵列和与所述反射器阵列耦合的至少一雷达，其中所述反射器阵列设置于目标区域的地表；

所述至少一雷达用于发射电磁波至所述反射器阵列，并接收所述反射器阵列的回波，以判断地表状况。

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