專利名稱：適用于多角度觀測(cè)的角反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(Interferometric SAR, InSAR)技術(shù)領(lǐng) 域，屬于遙感對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域中合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApature Radar, SAR)技術(shù)的分支。 具體涉及一種在地面布設(shè)的、可移動(dòng)的、可調(diào)整高度的、適用于多種入射角觀測(cè)的長(zhǎng)方錐形 角反射器。
技術(shù)背景 SAR是一種側(cè)視主動(dòng)成像系統(tǒng)，能夠發(fā)射相干微波信號(hào)，記錄目標(biāo)反射信號(hào)的強(qiáng)度 和相位。由于相位與目標(biāo)——傳感器的距離有關(guān)，InSAR技術(shù)通過兩副天線同時(shí)觀測(cè)(單軌 雙天線)，或者兩次近似平行重合軌道的觀測(cè)(重軌單天線)，獲取同一區(qū)域雷達(dá)目標(biāo)的后 向散射回波信號(hào)，提取其相位信息，再結(jié)合衛(wèi)星軌道參數(shù)等相關(guān)信息來提取地表高程信息。 進(jìn)而，合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)量(DifferentiallnSAR，DInSAR)技術(shù)則能以亞厘米級(jí)的 精度獲取地表形變信息，其得到的形變結(jié)果彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量點(diǎn)位稀疏的缺點(diǎn)，具有大面積、 快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用潛力巨大。由于能夠產(chǎn)生數(shù)字地面高程模型，測(cè)量冰川流速，監(jiān)測(cè)地震、火山活動(dòng)、地面沉降、 滑坡和采礦塌陷等引起的微形變，并具有全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，InSAR技術(shù)成為對(duì)地觀測(cè) 領(lǐng)域的前沿方向之一。目前，支持InSAR技術(shù)應(yīng)用的衛(wèi)星任務(wù)逐漸增多，衛(wèi)星上搭載的SAR 傳感器的工作模式從最早的單一觀測(cè)角度變?yōu)橹С侄喾N觀測(cè)角度，為多角度InSAR測(cè)量提 供了條件。多角度InSAR測(cè)量能夠提供地面目標(biāo)在三維空間不同矢量方向上的高程及微形 變信息，為滑坡、采礦塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的三維形變監(jiān)測(cè)提供了可能，是InSAR技術(shù)領(lǐng)域的新 進(jìn)展，也是地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的新手段。作為主動(dòng)微波遙感系統(tǒng)，SAR能以圖像的形式記錄地物后向散射電磁波的幅度和 相位信息。像元幅度值的平方稱為功率(Power)或強(qiáng)度(Intensity)，雷達(dá)截面(RCS)是度 量目標(biāo)在雷達(dá)波照射下所產(chǎn)生回波強(qiáng)度的一種物理量。SAR圖像所記錄的地物反射信號(hào)主要取決于地物的介電特性和幾何特性，這里的 幾何特性包括地面目標(biāo)的表面粗糙度和其結(jié)構(gòu)的幾何形狀。角反射器是一種能使雷達(dá)波束 最大程度逆向反射回SAR傳感器的人工裝置。即使在數(shù)年乃至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，只要角反射器 的安全得以保障，其仍能保持大而穩(wěn)定的雷達(dá)截面和離散程度變化很小的相位，因此角反 射器被視為InSAR技術(shù)中的優(yōu)質(zhì)相干目標(biāo)，為高精度數(shù)字高程模型及地表形變測(cè)量創(chuàng)造了 條件。此外，在衛(wèi)星重復(fù)觀測(cè)過程中，對(duì)多個(gè)角反射器的相對(duì)高度進(jìn)行人工調(diào)整，還有助于 分析InSAR測(cè)量中的噪聲影響，進(jìn)一步提高InSAR觀測(cè)的精度。目前主要應(yīng)用的角反射器是以三塊等腰直角三角形鋁板構(gòu)成的三角錐為主體的， 可稱之為三角錐形角反射器。這種角反射器對(duì)入射雷達(dá)波的指向性要求較為嚴(yán)格。因此， 為輔助實(shí)施針對(duì)某一星載SAR傳感器的高精度InSAR測(cè)量，不但需要調(diào)節(jié)三角錐形角反射 器的方位角，還要調(diào)節(jié)它的仰角。然而，當(dāng)前主流SAR傳感器均有多種觀測(cè)角度。例如，歐洲空間局的ENVISAT ASAR在成像條帶模式下的就有7種觀測(cè)角度(入射角約19° -43° )可選；加拿大Radarsat-2衛(wèi)星上的SAR傳感器在標(biāo)準(zhǔn)模式下的有7種觀測(cè)角度(入射角約20° -49° )可選、在精 細(xì)模式下的則有10種觀測(cè)角度(入射角約30° -50° )可選。三角錐形角反射器較為嚴(yán)格的指向性要求使其不能適應(yīng)多角度觀測(cè)的需要。尤其 當(dāng)同一 SAR傳感器以相差較大的觀測(cè)角度重訪時(shí)，欲使三角錐形角反射器的雷達(dá)截面顯著 強(qiáng)于其背景而被識(shí)別，就要再次人工調(diào)整三角錐形角反射器的仰角。一方面，人工調(diào)整增加 了工作成本、降低了工作效率；另一方面，在某些交通不便地區(qū)，多次人工調(diào)整的需求可能 使角反射器輔助的InSAR測(cè)量失去可操作性。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的三角錐形角反射器在SAR傳感器觀測(cè)角度發(fā)生較大變化時(shí)必需 人工調(diào)整角反射器仰角的不足，本實(shí)用新型提供一種適用于多角度觀測(cè)的角反射器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，包括反射 錐和反射錐支撐機(jī)構(gòu)。反射錐支撐機(jī)構(gòu)用于支撐反射錐；反射錐包括三塊相互垂直設(shè)置的 反射板，三塊反射板的形狀為矩形，并且兩兩固定相接，一塊為底板，另兩塊為側(cè)立板，兩側(cè) 立板上與底板相接邊的長(zhǎng)度與底板邊的長(zhǎng)度相等。進(jìn)一步，所述底板為正方形，所述兩側(cè)立板為矩形，兩側(cè)立板的短邊長(zhǎng)度與底板邊 的長(zhǎng)度相等，并與所述底板相鄰兩邊連接固定。進(jìn)一步，所述底板和兩側(cè)立板均為規(guī)格相同的正方形板。進(jìn)一步，所述三塊反射板之間還設(shè)置有加強(qiáng)筋。進(jìn)一步，所述底板和兩側(cè)立板之間，兩側(cè)立板之間采用角鋼連接固定。進(jìn)一步，所述三塊反射板為鋁板。進(jìn)一步，所述支撐機(jī)構(gòu)包括支撐底座和可調(diào)支撐套件，其中可調(diào)支撐套件包括四 根支撐桿和支柱套筒，支撐桿一端固定在所述底板底面上并將其支撐，另一端套裝在支撐 底座上設(shè)置的支柱套筒上，調(diào)節(jié)支撐桿伸入支柱套筒內(nèi)的深度來調(diào)節(jié)所述底板距離水平面 的高度和/或姿態(tài)。進(jìn)一步，所述支撐桿與所述底板的連接端設(shè)置有活動(dòng)接頭，該活動(dòng)接頭與所述底 板底面上設(shè)置的連接耳架咬合連接。進(jìn)一步，所述四根支撐桿設(shè)置在所述底板底面的四角處。進(jìn)一步，所述底板和側(cè)立板上有多個(gè)間隔設(shè)置的通孔。本實(shí)用新型的角反射器在多角度InSAR測(cè)量的情況下，不必調(diào)整角反射器仰角即 可保證其較強(qiáng)而易于識(shí)別的雷達(dá)截面，能節(jié)省工作成本、提高工作效率，方便在交通不便地 區(qū)開展角反射器輔助InSAR測(cè)量工作。同時(shí)，為了使技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般人員方便地應(yīng)用角 反射器提高InSAR測(cè)量精度，本實(shí)用新型提供的角反射器易于制作、安裝、拆卸和調(diào)整，并 能適應(yīng)野外可能出現(xiàn)的雨、雪等氣候條件。

圖Ia為現(xiàn)有的三角形反射錐的示意圖；圖中OA = OB = OC為角反射器的邊長(zhǎng)，EO 表示入射雷達(dá)波，角COE為入射波天頂偏角，角AOD為方位角；[0022]圖Ib為正方形反射錐的示意圖；圖2為本實(shí)用新型的角反射器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2中可調(diào)支撐套件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2中反射錐底板的主視圖；圖5為圖2中底盤的主視圖；圖6為圖2中反射錐側(cè)立板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖2中反射錐底板的俯視圖；圖8為圖2中底盤的俯視圖。
具體實(shí)施方式
圖Ia和圖Ib是三角錐形角反射器和正方錐形角反射器的示意圖，它們理論上的 最大雷達(dá)截面可用公式(1)和公式(2)分別計(jì)算 ,
公式⑴公式(1)
公式⑵公式⑵式中L為角反射器的直角邊長(zhǎng)，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)。根據(jù)公式，邊長(zhǎng)相等的兩種角反 射器相比，正方錐形角反射器擁有9倍于三角錐形角反射器的雷達(dá)截面。在入射波波長(zhǎng)相 同、方位角都在最佳值45°時(shí)，正方錐形角反射器即便在入射波天頂偏角偏離最佳角度達(dá) 20°——即約為35°的情況下，其雷達(dá)截面也大于入射波天頂偏角最佳時(shí)三角錐形角反射 器的值。正方錐形角反射器在反射強(qiáng)度上的優(yōu)勢(shì)，源于其散射面積比三角錐形角反射器的 更大、更有效。對(duì)于角反射器，星載SAR傳感器的入射角即可視為其入射波天頂偏角。目前InSAR 測(cè)量所依托的主要是C波段和X波段的星載SAR系統(tǒng)，包括ENVISAT ASAR、RADARSAT_l/2、 TerraSAR-X, COSMO-SkyMed等。在實(shí)際InSAR測(cè)量應(yīng)用中，這些星載SAR系統(tǒng)的入射角一 般在20° -60°之間。為了使角反射器在入射波天頂偏角大范圍變化的情況下仍能具有較 大的雷達(dá)截面，同時(shí)易于重復(fù)利用和適應(yīng)野外氣候條件，本實(shí)用新型采取了以下措施如圖2所示，由兩塊1. 5mX lm、一塊ImX Im的背部加固的鋁板分別作為側(cè)立板1、 2、底板3組合成角反射器的主體——長(zhǎng)方錐體，即便雷達(dá)波在20°天頂偏角方向入射時(shí)， 也能提供高值雷達(dá)截面、易于識(shí)別、形成優(yōu)質(zhì)相干目標(biāo)。為了使角反射器對(duì)自然環(huán)境的適 應(yīng)能力更強(qiáng)，在鋁板上打孔以消除因雨雪而積水的可能、減小其對(duì)風(fēng)的阻力、降低其自身重 量。在綜合衡量孔徑大小、打孔密度對(duì)雷達(dá)截面的影響之后，本實(shí)用新型采用的方案為孔 徑IOmm ；橫向孔間距IOcm ；豎向每行孔間距為8. 67cm，兩行之間的孔排列呈正三角形。用角 鐵加固三塊鋁板的背面，為鋁板增加強(qiáng)度、使其易于保持平整。在三塊鋁板之間的交接處， 采用角鋼5使它們形成互相垂直的長(zhǎng)方錐體。在長(zhǎng)方錐體開口的三塊鋁板外沿處，采用角 鋼4兩兩連接，使長(zhǎng)方錐體的形態(tài)更加穩(wěn)固。采用可調(diào)支撐套件6連接角反射器的長(zhǎng)方錐體和底盤7，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)方錐體置平、調(diào) 整高度的功能?？烧{(diào)支撐套件6主要包括連接耳架61、活動(dòng)接頭62、支柱63、支柱套筒64 和緊定螺母65。連接耳架61焊接在長(zhǎng)方錐體底板3的底側(cè)四角部位?；顒?dòng)接頭62上與連 接耳架61咬合固定，下與支柱63上部連接；支柱63上部與活動(dòng)接頭62之間通過緊定螺釘632可方便的松開、固定。支柱63下部通過螺紋連接緊定螺母65和上部帶有內(nèi)螺紋的支柱 套筒64。通過松開緊定螺釘632和緊定螺母65、調(diào)節(jié)支柱63進(jìn)入支柱套筒64的長(zhǎng)度，可 置平長(zhǎng)方錐體底面鋁板、改變長(zhǎng)方錐體高度；擰緊緊定螺釘632和緊定螺母65則能固定長(zhǎng) 方錐體相對(duì)于底盤7的狀態(tài)。支柱套筒64的下部通過外螺紋絲頭與底盤7連接。利用角鋼制作正方形框架作為角反射器底盤7的外框。在底盤7四角部位打螺孔， 以連接可調(diào)支撐套件6的支柱套筒64。在正方形底盤7四角焊接鋼板墊腳72，作為地面支 撐點(diǎn)。在底盤7外框71中焊接內(nèi)接框73，增加底盤7的堅(jiān)固程度和承重能力，以便于必要 時(shí)在底盤7上放置重物壓鎮(zhèn)整個(gè)角反射器，增強(qiáng)整個(gè)角反射器的穩(wěn)定性。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做詳細(xì)說明參照附圖6，利用鉚釘連接矩形鋁板11和側(cè)立板固定角鋼12，可制備長(zhǎng)方錐體的 側(cè)立板1、2。參照附圖4和7，利用鉚釘連接方形鋁板31和底板固定角鋼32，可制備長(zhǎng)方錐體 的底板3。同時(shí)，將可調(diào)支撐套件6的連接耳架61焊接在底板3的底側(cè)四角。參照附圖2，利用普通螺母、螺栓和連接角鋼5把2塊側(cè)立板1、2和1塊底板3拼 接在一起，形成長(zhǎng)方錐體的主體，普通螺母、螺栓和固定角鋼4加固長(zhǎng)方錐體。參照附圖5和8，利用角鋼、鋼片分別作為底盤7的外框71、墊腳72和內(nèi)接框73， 在底盤7的四角打螺孔以便通過可調(diào)支撐套件6與長(zhǎng)方錐體連接成為整體。選擇平整、開 闊的位置，保證周圍沒有阻礙雷達(dá)波的遮攔物、滿足衛(wèi)星觀測(cè)通視條件，為了避免角反射器 反射信號(hào)受到強(qiáng)的旁瓣地物響應(yīng)的影響，該位置周圍要盡量避免其它強(qiáng)反射體的存在。根 據(jù)衛(wèi)星觀測(cè)軌道調(diào)整底盤7方向，使雷達(dá)波入射的方位角大致達(dá)到最優(yōu)的45°，如圖la和 圖lb。參照附圖3，制備并組裝活動(dòng)接頭62、緊定螺釘632、支柱63、緊定螺母65、支柱套 筒64，向上通過普通螺母、螺桿與長(zhǎng)方錐體下的連接耳架61連接在一起，向下通過支柱套 筒64的外螺紋絲頭與底盤7連接，形成四角上的可調(diào)支撐套件6。松開可調(diào)支撐套件6的緊定螺釘632、緊定螺母65，借助水平尺等普通工具，查看 長(zhǎng)方錐體底板3是否滿足水平條件，必要時(shí)通過將某幾個(gè)角上的支柱63旋進(jìn)、旋出支柱套 筒64以調(diào)節(jié)底板3至水平狀態(tài)。在需要微調(diào)長(zhǎng)方錐體的高度時(shí)，在四個(gè)角上操作支柱63 旋進(jìn)、旋出支柱套筒64至目的高度即可。當(dāng)長(zhǎng)方錐體被置平、調(diào)好高度后，擰緊可調(diào)支撐套 件6的緊定螺釘632、緊定螺母65即可固定角反射器的整體狀態(tài)。自此，當(dāng)目標(biāo)星載SAR系 統(tǒng)的觀測(cè)角度發(fā)生變化時(shí)，角反射器亦可提供高雷達(dá)截面，成為優(yōu)質(zhì)相干目標(biāo)。本實(shí)用新型的有益效果是，大大降低了角反射器對(duì)入射雷達(dá)波指向性的要求，在 多角度InSAR測(cè)量的情況下，不必人工調(diào)整角反射器仰角，達(dá)到了節(jié)省成本、提高效率的目 的，增強(qiáng)了角反射器輔助InSAR測(cè)量在交通不便地區(qū)的實(shí)用性。需要指出的是根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
所做出的任何變形，均不脫離本實(shí) 用新型的精神以及權(quán)利要求記載的范圍。
權(quán)利要求一種適用于多角度觀測(cè)的角反射器，包括反射錐和反射錐支撐機(jī)構(gòu)，反射錐支撐機(jī)構(gòu)用于支撐反射錐，其特征在于，反射錐包括三塊相互垂直設(shè)置的反射板，三塊反射板的形狀為矩形，并且兩兩固定相接，一塊為底板，另兩塊為側(cè)立板，兩側(cè)立板上與底板相接邊的長(zhǎng)度與底板邊的長(zhǎng)度相等。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述底板為正方 形，所述兩側(cè)立板為矩形，兩側(cè)立板的短邊長(zhǎng)度與底板邊的長(zhǎng)度相等，并分別與所述底板相 鄰兩邊連接固定。
3.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述底板和兩側(cè) 立板為大小相同的正方形板。
4.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述三塊反射板 之間還設(shè)置有加強(qiáng)筋。
5.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述底板和兩側(cè) 立板之間，以及兩側(cè)立板自身之間均采用角鋼連接固定。
6.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述三塊反射板 為鋁板。
7.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述反射錐支撐 機(jī)構(gòu)包括支撐底座和可調(diào)支撐套件，其中可調(diào)支撐套件包括四根支撐桿和支柱套筒，支撐 桿一端固定在所述底板底面上并將其支撐，另一端套裝在支撐底座上設(shè)置的支柱套筒上， 調(diào)節(jié)支撐桿伸入支柱套筒內(nèi)的深度來調(diào)節(jié)所述底板距離水平面的高度。
8.如權(quán)利要求7所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述支撐桿與所 述底板的連接端設(shè)置有活動(dòng)接頭，該活動(dòng)接頭與所述底板底面上設(shè)置的連接耳架咬合連 接。
9.如權(quán)利要求7所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述可調(diào)支撐套 件設(shè)置在所述底板底面的四角處。
10.如權(quán)利要求1所述的適用于多角度觀測(cè)的角反射器，其特征在于，所述底板和側(cè)立 板上有多個(gè)間隔設(shè)置的通孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種適用于多角度觀測(cè)的角反射器，包括反射錐和反射錐支撐機(jī)構(gòu)，反射錐支撐機(jī)構(gòu)用于支撐反射錐，反射錐包括三塊相互垂直設(shè)置的反射板，三塊反射板的形狀為矩形，并且兩兩固定相接，一塊為底板，另兩塊為側(cè)立板，兩側(cè)立板上與底板相接邊的長(zhǎng)度與底板邊的長(zhǎng)度相等。該反射器在多角度InSAR測(cè)量的情況下，不必調(diào)整角反射器仰角即可保證其較強(qiáng)而易于識(shí)別的雷達(dá)截面，能節(jié)省工作成本、提高工作效率，方便在交通不便地區(qū)開展角反射器輔助InSAR測(cè)量工作。同時(shí)，為了使技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般人員方便地應(yīng)用角反射器提高InSAR測(cè)量精度，本實(shí)用新型提供的角反射器還易于制作、安裝、拆卸和調(diào)整，并能適應(yīng)野外可能出現(xiàn)的雨、雪等氣候條件。
文檔編號(hào)G02B5/122GK201615950SQ20092027818
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者劉圣偉, 王毅, 王艷, 范景輝, 葛大慶, 郭小方 申請(qǐng)人:中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心