CN201615950U - 适用于多角度观测的角反射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于多角度观测的角反射器，包括反射锥和反射锥支撑机构，反射锥支撑机构用于支撑反射锥，反射锥包括三块相互垂直设置的反射板，三块反射板的形状为矩形，并且两两固定相接，一块为底板，另两块为侧立板，两侧立板上与底板相接边的长度与底板边的长度相等。该反射器在多角度InSAR测量的情况下，不必调整角反射器仰角即可保证其较强而易于识别的雷达截面，能节省工作成本、提高工作效率，方便在交通不便地区开展角反射器辅助InSAR测量工作。同时，为了使技术领域内的一般人员方便地应用角反射器提高InSAR测量精度，本实用新型提供的角反射器还易于制作、安装、拆卸和调整，并能适应野外可能出现的雨、雪等气候条件。

Description

适用于多角度观测的角反射器

技术领域

本实用新型涉及合成孔径雷达干涉测量(Interferometric SAR，InSAR)技术领域，属于遥感对地观测领域中合成孔径雷达(SyntheticApature Radar，SAR)技术的分支。具体涉及一种在地面布设的、可移动的、可调整高度的、适用于多种入射角观测的长方锥形角反射器。

背景技术

SAR是一种侧视主动成像系统，能够发射相干微波信号，记录目标反射信号的强度和相位。由于相位与目标——传感器的距离有关，InSAR技术通过两副天线同时观测(单轨双天线)，或者两次近似平行重合轨道的观测(重轨单天线)，获取同一区域雷达目标的后向散射回波信号，提取其相位信息，再结合卫星轨道参数等相关信息来提取地表高程信息。进而，合成孔径雷达差分干涉测量(DifferentialInSAR，DInSAR)技术则能以亚厘米级的精度获取地表形变信息，其得到的形变结果弥补了传统测量点位稀疏的缺点，具有大面积、快速、准确的优势，应用潜力巨大。

由于能够产生数字地面高程模型，测量冰川流速，监测地震、火山活动、地面沉降、滑坡和采矿塌陷等引起的微形变，并具有全天候、全天时的特点，InSAR技术成为对地观测领域的前沿方向之一。目前，支持InSAR技术应用的卫星任务逐渐增多，卫星上搭载的SAR传感器的工作模式从最早的单一观测角度变为支持多种观测角度，为多角度InSAR测量提供了条件。多角度InSAR测量能够提供地面目标在三维空间不同矢量方向上的高程及微形变信息，为滑坡、采矿塌陷等地质灾害的三维形变监测提供了可能，是InSAR技术领域的新进展，也是地质灾害监测的新手段。

作为主动微波遥感系统，SAR能以图像的形式记录地物后向散射电磁波的幅度和相位信息。像元幅度值的平方称为功率(Power)或强度(Intensity)，雷达截面(RCS)是度量目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量。

SAR图像所记录的地物反射信号主要取决于地物的介电特性和几何特性，这里的几何特性包括地面目标的表面粗糙度和其结构的几何形状。角反射器是一种能使雷达波束最大程度逆向反射回SAR传感器的人工装置。即使在数年乃至更长时间内，只要角反射器的安全得以保障，其仍能保持大而稳定的雷达截面和离散程度变化很小的相位，因此角反射器被视为InSAR技术中的优质相干目标，为高精度数字高程模型及地表形变测量创造了条件。此外，在卫星重复观测过程中，对多个角反射器的相对高度进行人工调整，还有助于分析InSAR测量中的噪声影响，进一步提高InSAR观测的精度。

目前主要应用的角反射器是以三块等腰直角三角形铝板构成的三角锥为主体的，可称之为三角锥形角反射器。这种角反射器对入射雷达波的指向性要求较为严格。因此，为辅助实施针对某一星载SAR传感器的高精度InSAR测量，不但需要调节三角锥形角反射器的方位角，还要调节它的仰角。

然而，当前主流SAR传感器均有多种观测角度。例如，欧洲空间局的ENVISAT ASAR在成像条带模式下的就有7种观测角度(入射角约19°-43°)可选；加拿大Radarsat-2卫星上的SAR传感器在标准模式下的有7种观测角度(入射角约20°-49°)可选、在精细模式下的则有10种观测角度(入射角约30°-50°)可选。

三角锥形角反射器较为严格的指向性要求使其不能适应多角度观测的需要。尤其当同一SAR传感器以相差较大的观测角度重访时，欲使三角锥形角反射器的雷达截面显著强于其背景而被识别，就要再次人工调整三角锥形角反射器的仰角。一方面，人工调整增加了工作成本、降低了工作效率；另一方面，在某些交通不便地区，多次人工调整的需求可能使角反射器辅助的InSAR测量失去可操作性。

实用新型内容

为了克服现有的三角锥形角反射器在SAR传感器观测角度发生较大变化时必需人工调整角反射器仰角的不足，本实用新型提供一种适用于多角度观测的角反射器。

为了实现上述目的，本实用新型提出的适用于多角度观测的角反射器，包括反射锥和反射锥支撑机构。反射锥支撑机构用于支撑反射锥；反射锥包括三块相互垂直设置的反射板，三块反射板的形状为矩形，并且两两固定相接，一块为底板，另两块为侧立板，两侧立板上与底板相接边的长度与底板边的长度相等。

进一步，所述底板为正方形，所述两侧立板为矩形，两侧立板的短边长度与底板边的长度相等，并与所述底板相邻两边连接固定。

进一步，所述底板和两侧立板均为规格相同的正方形板。

进一步，所述三块反射板之间还设置有加强筋。

进一步，所述底板和两侧立板之间，两侧立板之间采用角钢连接固定。

进一步，所述三块反射板为铝板。

进一步，所述支撑机构包括支撑底座和可调支撑套件，其中可调支撑套件包括四根支撑杆和支柱套筒，支撑杆一端固定在所述底板底面上并将其支撑，另一端套装在支撑底座上设置的支柱套筒上，调节支撑杆伸入支柱套筒内的深度来调节所述底板距离水平面的高度和/或姿态。

进一步，所述支撑杆与所述底板的连接端设置有活动接头，该活动接头与所述底板底面上设置的连接耳架咬合连接。

进一步，所述四根支撑杆设置在所述底板底面的四角处。

进一步，所述底板和侧立板上有多个间隔设置的通孔。

本实用新型的角反射器在多角度InSAR测量的情况下，不必调整角反射器仰角即可保证其较强而易于识别的雷达截面，能节省工作成本、提高工作效率，方便在交通不便地区开展角反射器辅助InSAR测量工作。同时，为了使技术领域内的一般人员方便地应用角反射器提高InSAR测量精度，本实用新型提供的角反射器易于制作、安装、拆卸和调整，并能适应野外可能出现的雨、雪等气候条件。

附图说明

图1a为现有的三角形反射锥的示意图；图中OA＝OB＝OC为角反射器的边长，EO表示入射雷达波，角COE为入射波天顶偏角，角AOD为方位角；

图1b为正方形反射锥的示意图；

图2为本实用新型的角反射器的结构示意图；

图3为图2中可调支撑套件的结构示意图；

图4为图2中反射锥底板的主视图；

图5为图2中底盘的主视图；

图6为图2中反射锥侧立板的结构示意图；

图7为图2中反射锥底板的俯视图；

图8为图2中底盘的俯视图。

具体实施方式

图1a和图1b是三角锥形角反射器和正方锥形角反射器的示意图，它们理论上的最大雷达截面可用公式(1)和公式(2)分别计算：

${\mathrm{RCS}}_{\max }^{\mathrm{PCR}}=\frac{4{\mathrm{\πL}}^4}{{3\mathrm{\λ}}^2}$ 公式(1)

${\mathrm{RCS}}_{\max }^{\mathrm{CCR}}=\frac{12{\mathrm{\πL}}^4}{{\mathrm{\λ}}^2}$ 公式(2)

式中L为角反射器的直角边长，λ为雷达波长。根据公式，边长相等的两种角反射器相比，正方锥形角反射器拥有9倍于三角锥形角反射器的雷达截面。在入射波波长相同、方位角都在最佳值45°时，正方锥形角反射器即便在入射波天顶偏角偏离最佳角度达20°——即约为35°的情况下，其雷达截面也大于入射波天顶偏角最佳时三角锥形角反射器的值。正方锥形角反射器在反射强度上的优势，源于其散射面积比三角锥形角反射器的更大、更有效。

对于角反射器，星载SAR传感器的入射角即可视为其入射波天顶偏角。目前InSAR测量所依托的主要是C波段和X波段的星载SAR系统，包括ENVISAT ASAR、RADARSAT-1/2、TerraSAR-X、COSMO-SkyMed等。在实际InSAR测量应用中，这些星载SAR系统的入射角一般在20°-60°之间。为了使角反射器在入射波天顶偏角大范围变化的情况下仍能具有较大的雷达截面，同时易于重复利用和适应野外气候条件，本实用新型采取了以下措施：

如图2所示，由两块1.5m×1m、一块1m×1m的背部加固的铝板分别作为侧立板1、2、底板3组合成角反射器的主体——长方锥体，即便雷达波在20°天顶偏角方向入射时，也能提供高值雷达截面、易于识别、形成优质相干目标。为了使角反射器对自然环境的适应能力更强，在铝板上打孔以消除因雨雪而积水的可能、减小其对风的阻力、降低其自身重量。在综合衡量孔径大小、打孔密度对雷达截面的影响之后，本实用新型采用的方案为：孔径10mm；横向孔间距10cm；竖向每行孔间距为8.67cm，两行之间的孔排列呈正三角形。用角铁加固三块铝板的背面，为铝板增加强度、使其易于保持平整。在三块铝板之间的交接处，采用角钢5使它们形成互相垂直的长方锥体。在长方锥体开口的三块铝板外沿处，采用角钢4两两连接，使长方锥体的形态更加稳固。

采用可调支撑套件6连接角反射器的长方锥体和底盘7，实现对长方锥体置平、调整高度的功能。可调支撑套件6主要包括连接耳架61、活动接头62、支柱63、支柱套筒64和紧定螺母65。连接耳架61焊接在长方锥体底板3的底侧四角部位。活动接头62上与连接耳架61咬合固定，下与支柱63上部连接；支柱63上部与活动接头62之间通过紧定螺钉632可方便的松开、固定。支柱63下部通过螺纹连接紧定螺母65和上部带有内螺纹的支柱套筒64。通过松开紧定螺钉632和紧定螺母65、调节支柱63进入支柱套筒64的长度，可置平长方锥体底面铝板、改变长方锥体高度；拧紧紧定螺钉632和紧定螺母65则能固定长方锥体相对于底盘7的状态。支柱套筒64的下部通过外螺纹丝头与底盘7连接。

利用角钢制作正方形框架作为角反射器底盘7的外框。在底盘7四角部位打螺孔，以连接可调支撑套件6的支柱套筒64。在正方形底盘7四角焊接钢板垫脚72，作为地面支撑点。在底盘7外框71中焊接内接框73，增加底盘7的坚固程度和承重能力，以便于必要时在底盘7上放置重物压镇整个角反射器，增强整个角反射器的稳定性。

下面结合附图对本实用新型的实施方式做详细说明：

参照附图6，利用铆钉连接矩形铝板11和侧立板固定角钢12，可制备长方锥体的侧立板1、2。

参照附图4和7，利用铆钉连接方形铝板31和底板固定角钢32，可制备长方锥体的底板3。同时，将可调支撑套件6的连接耳架61焊接在底板3的底侧四角。

参照附图2，利用普通螺母、螺栓和连接角钢5把2块侧立板1、2和1块底板3拼接在一起，形成长方锥体的主体，普通螺母、螺栓和固定角钢4加固长方锥体。

参照附图5和8，利用角钢、钢片分别作为底盘7的外框71、垫脚72和内接框73，在底盘7的四角打螺孔以便通过可调支撑套件6与长方锥体连接成为整体。选择平整、开阔的位置，保证周围没有阻碍雷达波的遮拦物、满足卫星观测通视条件，为了避免角反射器反射信号受到强的旁瓣地物响应的影响，该位置周围要尽量避免其它强反射体的存在。根据卫星观测轨道调整底盘7方向，使雷达波入射的方位角大致达到最优的45°，如图1a和图1b。

参照附图3，制备并组装活动接头62、紧定螺钉632、支柱63、紧定螺母65、支柱套筒64，向上通过普通螺母、螺杆与长方锥体下的连接耳架61连接在一起，向下通过支柱套筒64的外螺纹丝头与底盘7连接，形成四角上的可调支撑套件6。

松开可调支撑套件6的紧定螺钉632、紧定螺母65，借助水平尺等普通工具，查看长方锥体底板3是否满足水平条件，必要时通过将某几个角上的支柱63旋进、旋出支柱套筒64以调节底板3至水平状态。在需要微调长方锥体的高度时，在四个角上操作支柱63旋进、旋出支柱套筒64至目的高度即可。当长方锥体被置平、调好高度后，拧紧可调支撑套件6的紧定螺钉632、紧定螺母65即可固定角反射器的整体状态。自此，当目标星载SAR系统的观测角度发生变化时，角反射器亦可提供高雷达截面，成为优质相干目标。

本实用新型的有益效果是，大大降低了角反射器对入射雷达波指向性的要求，在多角度InSAR测量的情况下，不必人工调整角反射器仰角，达到了节省成本、提高效率的目的，增强了角反射器辅助InSAR测量在交通不便地区的实用性。

需要指出的是根据本实用新型的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本实用新型的精神以及权利要求记载的范围。

Claims (10)

1.一种适用于多角度观测的角反射器，包括反射锥和反射锥支撑机构，反射锥支撑机构用于支撑反射锥，其特征在于，反射锥包括三块相互垂直设置的反射板，三块反射板的形状为矩形，并且两两固定相接，一块为底板，另两块为侧立板，两侧立板上与底板相接边的长度与底板边的长度相等。

2.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述底板为正方形，所述两侧立板为矩形，两侧立板的短边长度与底板边的长度相等，并分别与所述底板相邻两边连接固定。

3.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述底板和两侧立板为大小相同的正方形板。

4.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述三块反射板之间还设置有加强筋。

5.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述底板和两侧立板之间，以及两侧立板自身之间均采用角钢连接固定。

6.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述三块反射板为铝板。

7.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述反射锥支撑机构包括支撑底座和可调支撑套件，其中可调支撑套件包括四根支撑杆和支柱套筒，支撑杆一端固定在所述底板底面上并将其支撑，另一端套装在支撑底座上设置的支柱套筒上，调节支撑杆伸入支柱套筒内的深度来调节所述底板距离水平面的高度。

8.如权利要求7所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述支撑杆与所述底板的连接端设置有活动接头，该活动接头与所述底板底面上设置的连接耳架咬合连接。

9.如权利要求7所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述可调支撑套件设置在所述底板底面的四角处。

10.如权利要求1所述的适用于多角度观测的角反射器，其特征在于，所述底板和侧立板上有多个间隔设置的通孔。

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