專利名稱：二維雙向陣列式角反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及角反射器，尤其涉及一種星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)應(yīng)用中的地面二維雙向陣列式角反射器。屬于地學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
角反射器是SAR在地學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中的一種重要地面設(shè)備。最常見的是單個(gè)金屬質(zhì)二面或三面角反射器，SAR發(fā)射出的電磁波可被角反射器的反射面很強(qiáng)地反射回去，從而在雷達(dá)圖像上呈現(xiàn)高強(qiáng)度，容易被識(shí)別、檢測(cè)和準(zhǔn)確定位，且能保持相位的穩(wěn)定性，因此在雷達(dá)測(cè)繪中常作為地面的控制點(diǎn)，用于SAR的輻射定標(biāo)、幾何定標(biāo)和高程定標(biāo)；在干涉測(cè)量中，將它作為地面指示物，通過測(cè)量其三維位置的變化來監(jiān)測(cè)地表的形變。
單個(gè)金屬質(zhì)二面或三面角反射器的共同特點(diǎn)是 (1)方向性強(qiáng)，對(duì)于星載SAR，它只能對(duì)升軌或降軌一種軌道下的SAR輻射起作用，因而減少了觀測(cè)機(jī)會(huì)； (2)金屬材質(zhì)使其造價(jià)相對(duì)較高，而且在野外使用時(shí)易失竊，故其維護(hù)成本也高，對(duì)于長(zhǎng)期、無人值守的觀測(cè)存在很多困難。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種二維雙向陣列式角反射器，使其對(duì)處于升軌和降軌的星載SAR都能工作，增加SAR數(shù)據(jù)的觀測(cè)應(yīng)用機(jī)會(huì)。本發(fā)明提供的二維雙向陣列式角反射器還具有下列優(yōu)點(diǎn)制作簡(jiǎn)單，對(duì)表面材料要求寬泛，可以采用金屬或非金屬材料，造價(jià)低廉，易于推廣，加之可固定于地面，無需移動(dòng)和調(diào)整方向，可大大降低角反射器制作、野外使用與維護(hù)的綜合成本。
本發(fā)明由發(fā)明人借助反射光柵干涉原理以及星載SAR運(yùn)行特點(diǎn)設(shè)計(jì)而成，圖1為本發(fā)明二維雙向陣列式角反射器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為二維俯視示意圖，(b)為其沿東西向剖面的示意圖，(c)為其沿南北向剖面的示意圖。
如圖1所示，所述角反射器由多個(gè)沿東西向和南北向相鄰排列的三面角反射器單元組成，所述三面角反射器單元包括兩個(gè)互相垂直的反射面和一個(gè)同時(shí)垂直于所述反射面的隔板表面，所述隔板表面平行于東西向。
如圖1所示，沿南北向延伸的兩個(gè)正交的矩形反射面構(gòu)成一個(gè)常規(guī)的二面角反射器，這樣無論是從東向還是從西向照射來的星載SAR波束，都將被反射回原入射方向(圖2a)；而一系列沿東西向相連的二面角反射器則構(gòu)成了一個(gè)二維雙向角反射器陣列，通過精心計(jì)算周期性結(jié)構(gòu)的二面角反射器單元的長(zhǎng)度，使得各單元間的散射在升、降軌SAR觀測(cè)方向上同時(shí)滿足諧振條件，就可大大增加角反射器的雷達(dá)散射截面積。但是由于衛(wèi)星的飛行軌道方向并不是正南、正北向的，所以沿東西方向設(shè)置隔板，將上述二面角反射器陣列分割成了更小的單元陣列，每個(gè)單元對(duì)于升軌和降軌的SAR輻射實(shí)際上形成了一個(gè)三面角反射器，所述的三面包括二面角反射器單元的兩個(gè)反射面和一個(gè)隔板表面。本發(fā)明將兩個(gè)相鄰隔板之間的二面角反射器單元部分稱作一個(gè)三面角反射器單元。
此外，本發(fā)明作如下定義 一個(gè)三面角反射器單元內(nèi)，兩個(gè)反射面的相交線稱為溝線；兩個(gè)相鄰的三面角反射器單元的相交線稱為壟線；壟線兩邊的兩個(gè)反射面共同構(gòu)成一個(gè)壟；壟線和溝線在豎直方向上的距離稱為壟高。
使每個(gè)三面角反射器單元均滿足諧振條件，就可獲得整個(gè)陣列的后向散射極大值。
本發(fā)明借助了一維反射光柵的理論，并對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)展。
對(duì)于一維周期性結(jié)構(gòu)的矩形反射光柵(圖3)，已知其衍射光強(qiáng)公式為 其中， (1.2) 式中，I0為單縫中央主極大光強(qiáng)，λ為入射光的波長(zhǎng)，N是周期性結(jié)構(gòu)的光柵單元的個(gè)數(shù)，a是光柵單元中功能部分的長(zhǎng)度，d是整個(gè)光柵單元長(zhǎng)度，d＞a；θi為入射角，θo為觀測(cè)角，正負(fù)號(hào)的取法約定為當(dāng)入射角與觀測(cè)角在同側(cè)時(shí)取正，異側(cè)取負(fù)。
當(dāng)sinβ＝0時(shí)，即d(sinθi±sinθo)＝pλ，p＞0且為整數(shù)，光強(qiáng)出現(xiàn)極強(qiáng)，極強(qiáng)與光柵單元個(gè)數(shù)的平方(N2)成正比。但這個(gè)變化受到緩慢的調(diào)制，當(dāng)sinθi＝sinθo時(shí)，且觀測(cè)方向與入射方向在異側(cè)時(shí)，a＝0，緩慢調(diào)制取得極大值。顯然，N越大，衍射光強(qiáng)越大。
星載SAR的觀測(cè)方向一般僅有一側(cè)，因此升軌和降軌SAR的觀測(cè)方向截然不同。除兩極以外，升軌和降軌SAR對(duì)任一區(qū)域都有觀測(cè)機(jī)會(huì)，而目前常用的角反射器只能針對(duì)升軌或降軌狀態(tài)下的一種雷達(dá)輻射起作用。若采用一維反射光柵結(jié)構(gòu)制作角反射器，不能保證使升、降軌狀態(tài)下的雷達(dá)輻射散射強(qiáng)度最大，因此這種類型的角反射器沒有實(shí)用價(jià)值。
借助一維周期性光柵衍射光強(qiáng)分布理論，發(fā)明人導(dǎo)出了具有周期性結(jié)構(gòu)的二維雙向陣列式角反射器的衍射光強(qiáng) 其中 (2.2) 上式中，M和N分別是沿南北方向和沿東西方向的三面角反射器單元的個(gè)數(shù)，dEW和dNS分別是每個(gè)三面角反射器單元在東西方向與南北方向的投影長(zhǎng)度。θ是雷達(dá)波的入射角，δEW和θNS分別為入射面與東西方向、入射面與南北方向的夾角。
雷達(dá)回波信號(hào)達(dá)到極大的條件是sina＝0和sinβ＝0，由此可導(dǎo)出 2dNScosδNSsinθ＝pλ(3) 2dEWcosδEWsinθ＝qλ 其中，p和q是調(diào)整參數(shù)，取正整數(shù)，用于在給定波長(zhǎng)的情況下將dEW和dNS調(diào)整至適當(dāng)大小。所謂適當(dāng)大小，一方面取決于安裝場(chǎng)地大小(一般較大尺寸散射截面也大，有利于工作)，另一方面取決于制作安裝的便利性。具體取值視情況而定，存在一定的任意性，不能一概而論。一般使dEW和dNS的尺寸在米級(jí)水平較好。
對(duì)于一個(gè)星載SAR的具體工作模式，λ、θ、δEW、δNS均已知或可計(jì)算得出，根據(jù)公式(3)，p和q取適當(dāng)?shù)恼麛?shù)，即可計(jì)算出角反射器單元的東西和南北方向的尺寸dEW和dNS，壟高與東西方向的尺寸dEW相等。
角反射器單元在南北和東西方向的個(gè)數(shù)M和N取決于安置場(chǎng)地的大小，二者可以不相等，但均必須大于等于2，否則就沒有諧振效應(yīng)。
由于本發(fā)明的二維雙向陣列式角反射器的總面積比傳統(tǒng)單個(gè)金屬材料角反射器大很多，且有諧振效應(yīng)，所以在制作時(shí)表面材料可以使用水泥等非金屬材料，以降低成本，但要求表面制作比較光潔，顆粒起伏要在毫米以下。若為進(jìn)一步增大散射截面，其表面可以覆金屬膜。
二維雙向陣列式角反射器還可以安置在建筑物頂部，此時(shí)應(yīng)采用輕型結(jié)實(shí)的材料，如木板、竹板或硬質(zhì)紙版，三角形壟的內(nèi)部可以不用填實(shí)。整個(gè)角反射器要牢固固定，以免因其移動(dòng)而帶來觀測(cè)誤差。
和現(xiàn)有技術(shù)中的單個(gè)金屬質(zhì)二面或三面角反射器相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn) 1.對(duì)于處于升軌和降軌的星載SAR都能工作，可增加一倍的觀測(cè)機(jī)會(huì)； 2.通過精心計(jì)算角反射器單元長(zhǎng)度，使各單元間的散射在升、降軌SAR觀測(cè)方向上同時(shí)滿足諧振條件，可獲得較大的散射截面；且因角反射器固定在地面上，相位的穩(wěn)定性好，使其在SAR圖像上更容易識(shí)別、檢測(cè)和定位，可用于SAR的幾何定標(biāo)、干涉定標(biāo)以及由于地震、地質(zhì)災(zāi)害等引起的地表形變監(jiān)測(cè)； 3.其制作簡(jiǎn)單，對(duì)表面材料要求光潔但不苛刻，表面采用非金屬材料(如水泥)即可，造價(jià)低，易于推廣，在使用中無需移動(dòng)和調(diào)整方向，可大大降低設(shè)備的野外安裝、使用與維護(hù)成本，可用于大范圍地表形變的長(zhǎng)期觀測(cè)，對(duì)于我國(guó)西部人煙稀少、地震頻發(fā)地區(qū)的形變監(jiān)測(cè)更有意義。



圖1為本發(fā)明二維雙向陣列式角反射器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為二維俯視示意圖，(b)為其沿東西向剖面的示意圖，(c)為其沿南北向剖面的示意圖； 圖2為本發(fā)明二維雙向陣列式角反射器的波束反射示意圖，其中(a)為其沿東西向剖面的示意圖，(b)為其沿南北向剖面的示意圖； 圖3為一維周期性結(jié)構(gòu)的矩形反射光柵。
其中1-三面角反射器單元；2-三面角反射器單元的反射面；3-壟線；4-溝線；5-隔板。

具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
本實(shí)施例旨在提供一個(gè)本發(fā)明的二維雙向陣列式角反射器。
如圖1所示，該二維雙向陣列式角反射器由多個(gè)沿東西向和南北向相鄰排列的三面角反射器單元1組成，每個(gè)三面角反射器單元1包括兩個(gè)互相垂直的反射面2和一個(gè)同時(shí)垂直于反射面2的隔板表面，該隔板表面平行于東西向。本實(shí)施例的三面角反射器單元1滿足公式(3)的要求。
該二維雙向陣列式角反射器在制作布設(shè)時(shí)應(yīng)選址在四周通視條件較好、比較平坦穩(wěn)定的地面，要準(zhǔn)確確定基準(zhǔn)方向，同時(shí)注意修正磁偏角，并將地基夯實(shí)。
在野外布設(shè)時(shí)，角反射器中間的等腰直角三角形壟內(nèi)可用土填實(shí)，外部用磚或石砌成，再用水泥處理成光滑表面。三面角反射器單元1的南北向長(zhǎng)度dNS與東西向投影長(zhǎng)度dEW要求制作準(zhǔn)確，量算時(shí)要包括隔板5的厚度和壟頂寬度，既不能重復(fù)也不能遺漏。
為便于施工和保護(hù)，壟線3和溝線4的部位可做成平的，寬度略小于1厘米即可。
角反射器中間的隔板5可用磚或石砌，也要用水泥處理成光面。在隔板下面留一個(gè)小于3厘米大小的孔，便于排水和清理維護(hù)。隔板5的高度沒有嚴(yán)格要求，與壟高一致即可。
權(quán)利要求
1.一種二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述角反射器由多個(gè)沿東西向和南北向相鄰排列的三面角反射器單元組成，所述三面角反射器單元包括兩個(gè)互相垂直的反射面和一個(gè)同時(shí)垂直于所述反射面的隔板表面，所述隔板表面平行于東西向，所述三面角反射器單元滿足下列公式
2dNScosδNSsinθ＝pλ
2dEWcosδEWsinθ＝qλ
其中，dEW和dNS分別表示所述反射面在東西向和南北向的投影長(zhǎng)度，δEW和δNS分別表示入射面與東西向和南北向的夾角，θ和λ分別表示雷達(dá)波的入射角和波長(zhǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述反射面和所述二維雙向陣列式角反射器的整個(gè)表面成45°角。
3.如權(quán)利要求1所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述反射面和所述隔板表面由非金屬材料或金屬材料制成。
4.如權(quán)利要求4所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述非金屬材料是水泥。
5.如權(quán)利要求1所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述反射面和所述隔板表面的顆粒起伏在毫米以下。
6.如權(quán)利要求1所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述反射面下方用填充材料填實(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述隔板表面和溝線的交叉處附近設(shè)置具有設(shè)定孔徑的小孔。
如權(quán)利要求7所述的二維雙向陣列式角反射器，其特征在于，所述孔徑小于3cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維雙向陣列式角反射器，屬于地學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明角反射器由多個(gè)沿東西向和南北向相鄰排列的三面角反射器單元組成，該三面角反射器單元包括兩個(gè)互相垂直的反射面和一個(gè)同時(shí)垂直于所述反射面的隔板表面，所述隔板表面平行于東西向，所述三面角反射器單元滿足下列公式2dNScosδNSsinθ＝pλ，2dEWcosδEWsinθ＝qλ。其中，dEW和dNS分別表示所述反射面在東西向和南北向的投影長(zhǎng)度，δEW和δNS分別表示入射面與東西向和南北向的夾角，θ和λ分別表示雷達(dá)波的入射角和波長(zhǎng)。本發(fā)明可用于星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)應(yīng)用及其他地學(xué)技術(shù)領(lǐng)域等。
文檔編號(hào)G02B5/122GK101799568SQ20101013184
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者曾琪明, 焦健 申請(qǐng)人:北京大學(xué)