CN212569109U - 一种InSAR角反射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种InSAR角反射器，包括底板、侧板和延长杆，其中，所述底板为正方形，所述侧板为等腰直角三角形，所述侧板的斜边分别沿着底板的对角线固定，且侧板的直角顶点交汇重叠且顶点重叠点的竖直投影位于所述底板的中心；所述顶点重叠点与延长杆固接；所述延长杆一端固定于所述顶点重叠点，另一端向远离所述底板的方向延伸并与GNSS接收机固接。这种设计扩展了角反射器的朝向，可以确保来自各个方向的雷达信号都可以被有效反射。

Description

一种InSAR角反射器

技术领域：

本实用新型涉及卫星遥感技术领域，具体涉及一个同时支持升降轨雷达遥感卫星观测的多角度高效角反射器。

背景技术：

合成孔径雷达干涉测量(Synthetic Aperture Radar Interferometry, 简称InSAR)是一种利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)遥感影像相位信息获取地表形状三维信息和位移变化的技术。通过雷达主动向目标区域发射微波，然后接收地面目标的反射回波，重复观测可以得到同一目标区域的SAR复数图像对。若图像对之间存在相干条件，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图。根据干涉图的相位值，两次成像的微波路程差反映了目标地区的地形、地貌以及地表位置的微小变化，可用于建立高分辨率数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)，也可用于大范围抽水、采煤等导致的地面沉降、山体滑坡、地震形变等地质灾害监测领域。

角反射器(Corner Reflector,简称CR)是利用金属板材制作的不同用途、不同规格的电磁波反射器，可以模拟自然界地面物体的角反射作用机制。当雷达卫星所发射的电磁波到达角反射器后，通过多次镜面反射作用，可将电磁波从来波方向原路反射回去，从而起到增强回波信号强度的作用。

在植被茂密的地区(例如，华南等地区)，多数同时也是地质灾害高发区，短波长SAR传感器(例如，C或X波段)发射的微波信号难以穿透树冠到达地表，严重阻碍了对研究区域的地形和形变监测。由于人工角反射器反射的电磁波具有较高的信噪比和稳定性，在干涉图中具有较高的相干性，可以提高InSAR变形监测的候选点数量和形变监测精度。因此，角反射器可以作为有效的地面加密形变监测点。

另外，影像定标是获取高精度DEM数据的必要手段之一。在定标时，角反射器可以利用反射面将SAR发射出的电磁波很强地反射回去，从而在雷达图像上呈现高强度、易识别、检测和准确定位，且能保持相位的稳定性。因此，角反射器在雷达测绘中常作为地面控制点，用于SAR卫星遥感影像的辐射定标、几何定标和高程定标。

现有文献资料表明，大多数角反射器采用水泥墩子固定在地面，其外观设计采用互相垂直的三面体或二面体结构。这种结构的角反射器仅能朝向一个飞行方向的雷达卫星，无法适用于不同轨道卫星的升轨和降轨方向的双向观测，导致使用效率较低；同时，角反射器通常采用二面体或三面体，该类型角反射器需要较大的设计尺寸才能获取足够的RCS，难以兼顾角反射器经济成本与反射效率。

因此，亟待一种改进的技术来解决现有技术中所存在的这一问题。

实用新型内容：

本实用新型提供一种同时支持升降轨SAR卫星观测的角反射器，旨在解决现有技术中的角反射器使用效率、反射效率低的问题，通过提高信号强度和观测精度，满足高精度地面定标、地面沉降监测等作业需求，增加不同期遥感影像的相干性，用于地面形变信息的分析和提取，也可以作为地面控制点，用于卫星雷达遥感影像数据的标定。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种InSAR角反射器，包括底板、侧板和延长杆，其中，所述底板为正方形，所述侧板为等腰直角三角形，所述侧板的斜边分别沿着底板的对角线固定，且侧板的直角顶点交汇重叠且顶点重叠点的竖直投影位于所述底板的中心；所述顶点重叠点与延长杆固接；所述延长杆一端固定于所述顶点重叠点，另一端向远离所述底板的方向延伸并与GNSS接收机固接。

本申请中的InSAR角反射器外形自然的形成了四个三面体锥形反射单元与四个二面角形反射单元，构成金字塔形结构。这种设计扩展了角反射器的朝向，可以确保来自各个方向的雷达信号都可以被有效反射。不同于其他角反射器的三角形，本申请中底板为正方形，底板上设有四个对接的侧板，所述侧板为尺寸一致的等腰直角三角形，四个侧板的直角边相接，并与底面固定形成四个锥型反射单元。

在根据本实用新型的一个实施方案中，所述延长杆向远离所述底板的方向延伸的顶端设置有外螺纹。延长杆专门预留有外螺纹接口，用于固定全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite Systems,简称 GNSS)接收机，可以用于精确测定角反射器的三维坐标位置，可以根据接收机测定的平面位置的经纬度信息与高程信息，开展遥感影像的几何与辐射校正及地表形变信息的提取。

在根据本实用新型的一个实施方案中，第一侧板设有由斜边中点向直角顶点延伸一定长度的第一开口，所述第二侧板设有由直角顶点向斜边中点延伸一定长度的第二开口。

在根据本实用新型的一个实施方案中，所述第一开口和第二开口的长度均为侧板斜边长度的1/4。

在根据本实用新型的一个实施方案中，所述侧板通过焊接、铆接或螺栓与所述底板固接。

在根据本实用新型的一个实施方案中，所述底板四个直角处分别焊接有直角固定片，所述直角固定片和侧板分别设置有对应的通孔，所述通孔中设置有固定销钉。

在根据本实用新型的一个实施方案中，所述底板和侧板是以200 系列不锈钢、300系列不锈钢或镀锌板制备得到的，优选为SUS304 不锈钢。

本实用新型的有益效果是：

所述角反射器制作、拼接、拆卸与安置投放操作简单，结构稳固不易发生变形。另外可拆装的特点充分既节省了存储空间，又节约了经济成本。只需将其水平置于地面之上，就可达到反射雷达信号的目的。解决了其他角反射器设计繁杂、不易大规模生产、循环使用、使用条件苛刻等问题。

与其他角反射器相比，本实用新型同时包含了两种类型的角反射，最大限度的保证了该实用新型多朝向全向性的特点，在工作效率上优势明显。

附图说明：

图1为本实用新型角反射器的结构示意图；

图2为角反射器雷达信号反射过程示意图；

图3为雷达卫星飞行方向与地面角反射器位置投影关系示意图；

图4为不同雷达波长条件下二面角、球形与立方体角反射器的 RCS数值对比；

图5为不同雷达波长条件下三角锥、球形与立方体角反射器的 RCS数值对比。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

如图1所示，角反射器由等腰直角三角形的第一侧板2和第二侧板3，正方形底板1，延长杆4及销钉5组成；第一侧板2、第二侧板3、底板1和延长杆4材质均为SUS304不锈钢材质；底板1为正方形，尺寸为1000mm×1000mm；第一侧板2、第二侧板3的三角形底边边长与底板1对角线长保持一致为1414mm，高707mm，厚度 5mm；第一侧板2设有由斜边中点向直角顶点延伸一定长度的第一开口(未示出)，所述第二侧板3设有由直角顶点向斜边中点延伸一定长度的第二开口(未示出)，延长杆4尺寸为直径20mm×长500mm。上述尺寸均为样例尺寸，可以根据实际需要进行调整，但是底板、侧板、延长杆之间存在固定的几何关系，即比例关系保持不变。

实施例2角反射器雷达信号反射过程原理

将拼接好的角反射器底板平放在地面上，根据需要在延长杆4上连接相关仪器。反射器四个锥形单元多个表面都为接收面，接收面积更大；采用本实用新型获取图像的校正点，反射回波强度更好、位置信息更精准。角反射器是利用偶镜原理(如图2所示)，将三个相互垂直的镜面装在一起，三个镜面做成的角反射器有三条交线，相当于三个棱镜，因此光线无论从哪个角度照射到它的面上都会沿着原来的方向反射回去。由于角反射器具有空间定向反射特性，以任意方向入射的空间光线经过理想角反射器的三个反射面相继反射后，仍以入射光线严格平行的方向返回，因此被广泛应用于科研、军事、测量、工程等领域。

如图3所示，(1)当合成孔径雷达卫星的轨道平行于金字塔形角反射器底面对角线时，该金字塔形角反射器以二面角角反射器的形式发挥作用；(2)当合成孔径卫星的轨道平行于金字塔形角反射器底板任意一条边时，该金字塔形角反射器以三角锥形角反射器的形式发挥作用。

针对上述两种情况，可以通过数值模拟实验给出该金字塔型角反射器对应的RCS数值定量表达，以及该角反射器与其他不同类型角反射器的RCS比较：

(1)如图4所示，对于不同的雷达入射波长条件，对比金字塔二面角形式、球形与立方体角反射器的RCS数值可知，二面角形式的 RCS介于立方体和球形RCS之间，随着波长的增大，三者之间的差异逐渐缩小；

(2)如图5所示，对于不同的雷达入射波长条件，对比金字塔三角锥形式、球形与立方体角反射器的RCS数值可知，三角锥形式的 RCS比球形、立方体RCS要弱，随着波长的增大，三者之间的差异逐渐缩小。

实施例3野外实验

角反射器野外实验布设位置，建议选择研究区域内周围背景反射强度相对较小的区域。野外安装点位于操场，远离城市建筑物的地方，植被属于弱散射体，这样可使角反射器突出显示在SAR影像上。

人工角反射器能否在SAR图像上具有清晰的影像特征，很大程度上取决于角反射器中心轴线与卫星过境时视线向之间的关系，当两者方向完全重合时，人工角反射器RCS达到最大，其后向散射能力最强，通过分析影像特征及特定的统计方法，可以比较容易识别出角反射器位置。因此，角反射器安装应考虑到卫星过境时的实际轨道方位角、微波信号入射角。

野外试验与影像解译的方法和流程如下所示：

(1)野外实验地点为青岛市崂山区中国海洋大学北区两个操场，实验数据采用欧空局哨兵一号(Sentinel-1)干涉宽幅模式(IWS)雷达数据，为方便运输和存储，角反射器采用现场零件组装和拆卸模式，一般1-2分钟以内即可完成。

(2)根据雷达卫星的飞行轨道特征(升轨或者降轨)调整角反射器底边的方位角，保证角反射器底面中轴线与卫星飞行方向平行，使其具有最大散射截面，从而在雷达图像上表现为更为明显的特征。

(3)在角反射器延长杆顶端螺旋接口对接测量型GNSS接收机，根据雷达卫星过境时刻和对该点观测精度的需求，确定GNSS提前开机观测的时间和观测模式(静态或动态)，观测结束后，利用蓝牙或数据线将接收机手簿连接计算机，导出三维坐标位置信息。

(4)采用目视解译方法识别人工角反射器，哨兵一号雷达影像数据需要经过轨道校正、地理编码等预处理，然后在SAR强度影像图层叠加角反射器坐标观测信息，可以快速识别角反射器的图像位置，并能够用于角反射器的长时间序列强度统计分析。两个不同操场的实验结果表明该角反射器具有较强的后向散射强度。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种InSAR角反射器，其特征在于，包括底板、侧板和延长杆，其中，所述底板为正方形，所述侧板为等腰直角三角形，所述侧板的斜边分别沿着底板的对角线固定，且侧板的直角顶点交汇重叠且顶点重叠点的竖直投影位于所述底板的中心；所述顶点重叠点与延长杆固接；所述延长杆一端固定于所述顶点重叠点，另一端向远离所述底板的方向延伸并与GNSS接收机固接。

2.如权利要求1所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述延长杆向远离所述底板的方向延伸的顶端设置有用于与GNSS接收机适配的外螺纹。

3.如权利要求1或2所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述侧板包括第一侧板和第二侧板，所述第一侧板设有由斜边中点向直角顶点延伸一定长度的第一开口，所述第二侧板设有由直角顶点向斜边中点延伸一定长度的第二开口。

4.如权利要求3所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述第一开口和第二开口的长度均为侧板斜边长度的1/4。

5.如权利要求3所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述侧板通过焊接、铆接或螺栓与所述底板固接。

6.如权利要求3所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述底板四个直角处分别焊接有直角固定片，所述直角固定片和侧板分别设置有对应的通孔，所述通孔中设置有固定销钉。

7.如权利要求3所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述底板和侧板是以200系列不锈钢、300系列不锈钢或镀锌板制备得到的。

8.如权利要求7所述的InSAR角反射器，其特征在于，所述底板和侧板是以SUS304不锈钢制备得到的。

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