用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置及测设方法与流程

1.本发明涉及一种照准辅助装置及测设方法，尤其适用于辅助野外角反射器使用的一种用于超短基线精密定向的照准辅助装置及测设方法。


背景技术：

2.作为一种新兴的对地观测工具，差分合成孔径雷达干涉测量技术(dinsar)在地面沉降监测方面发挥了愈来愈明显的作用，其观测范围大、空间分辨率高、无接触式测量以及全天时、全天候的特点，大大弥补了传统测量手段的不足。然而，由于受时空失相干、大气延迟效应等因素的影响，dinsar技术的应用受到很大限制。为了克服研究区高相干点目标较少的不利因素，角反射器(corner reflector,cr)逐渐被用于地表形变监测中，并衍生出一套基于角反射器的cr-dinsar技术。
3.cr精确安装是确保其在dinsar技术中成功应用的关键，主要包括：(1)cr方位角调整，使其底边方位向与卫星轨道平行；(2)cr仰角调整，使cr法线方向与雷达波入射方向一致，一般借助电子倾角测量仪实现，精度可达0.1
°
。
4.cr方位角调整，亦即角反射器底边方位向定向，使角反射器底边的真方位角为某个特定的计算值。目前较为常用的是基于地质罗盘测磁方位角和磁偏角校正的方法。然而，地质罗盘易受周边磁场环境和金属物体的影响，定向误差大。传统的精密定向法如天文定向法、陀螺经纬仪定向法等由于经济成本高而无法广泛使用。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，体积小，使用方便，定向精度高，不受周边磁场环境的影响的一种用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置及测设方法，便于利用常规测量仪器实现角反射器底边方位角的精确测设，从而提高其雷达散射截面，推动cr设计趋向小型化，方便安装的同时也降低加工和制作成本，继而促进cr-dinsar技术在地表沉降监测中的推广应用。。
6.为实现上述技术目的，本发明的用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置，包括作业平台，作业平台通过连接件与t形尺连接；
7.所述的t形尺包括矩形定位杆、l型方头-圆形横杆和套筒，l型方头-圆形横杆和套筒上表面刻划中心轴线作为测角仪器照准的标志，l型方头-圆形横杆一端设置在套筒内形成伸缩结构，可自由滑动调节长度使得矩形定位杆贴住角反射器的底板，并通过螺钉a固定；l型方头-圆形横杆的另一端通过螺栓a、平垫圈a和螺母a与矩形定位杆通过平面接触进行连接，矩形定位杆与l型方头-圆形横杆之间中心轴线夹角为90
°
设置；套筒外部为矩形结构，内部为与l型方头-圆形横杆连接腔体相匹配的圆形腔体，套筒的尾部通过螺栓b、平垫圈b和螺母b与连接件连接；
8.所述的连接件包括柱状螺栓套筒以及与柱状螺栓套筒垂直设置的两个连接耳，连接耳通过螺栓b、平垫圈b和螺母b与套筒尾端活动连接，使套筒能够以螺栓b为轴上下摆动；
连接件的柱状螺栓套筒通过螺栓c、平垫圈d和螺母c设置在l形板上，通过柱状螺栓套筒与螺栓c之间的连接使连接件能够绕螺栓c旋转；松开螺母c，螺栓c可沿着l形板的横向轴线移动，并带动连接件进行横向移动；
9.所述作业平台包括支撑架，支撑架上通过螺钉b和平垫圈c固定有l形板，l形板上方安装有用以标识其是否处于水平状态的水准气泡；
10.进一步，所述的支撑架包括支撑座，支撑座内垂直设有螺纹连接的螺杆，螺杆上设有便于旋转的螺母d，螺杆与l形板底部连接，通过旋转螺母d带动螺杆升降以调节l形板的水平，调节好后通过垂直设置在螺杆一侧的螺钉c固定；
11.进一步，t型尺、连接件、作业平台组装完成并使作业平台处于水平状态后，在一定范围内可实现矩形定位杆前后、左右移动；在连接件辅助下可实现矩形定位杆在水平方向和竖直方向旋转；
12.一种用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置的测设方法，以实现坐标方位角的精确测设，其步骤如下：
13.s1资料收集与数据准备：在被测区域利用常规测量技术获取超短基线起点和参考点的平面坐标，计算参考方位角β，基于参考方位角β和待测设的超短基线坐标方位角α计算测角仪器旋转的角度θ；
14.s2测角仪器定向：在被测区域的超短基线起点上方安置测角仪器，在参考点上树立标志，盘左精确瞄准参考点上方树立的标志并将水平度盘读数置零，顺时针旋转照准部，使水平度盘的读数为θ，此时将望远镜视准轴方向作为照准辅助装置的t形尺中心轴线的方向，所述中心轴线刻划在l型方头-圆形横杆和套筒上表面；
15.s3作业平台安置与初步定位：在测角仪器望远镜的视准轴方向，根据t型尺的可伸缩长度寻找合适的区域，在该区域的地面上安置支撑架，依次组装作业平台和连接件，并使l形板的横向轴线在测角仪器望远镜视准轴方向，观察水准气泡的位置同步调整支撑架的高度直至l形板处于水平状态；
16.s4组装t型尺与精密定位：组装t形尺，并通过连接件与作业平台连接；一名测量人员通过测角仪器望远镜观测并指挥另一名测量人员操作照准辅助装置：沿着作业平台纵向缓慢移动和旋转连接件，使t形尺上刻划的中心轴线与测角仪器望远镜竖丝重合，即完成了t形尺中心轴线的精密定向，此时t形尺矩形定位杆指示的方向即为待测设的超短基线的方向。
17.使用时先定位测站点，即超短基线的起点，平面坐标为(x
测站
，y
测站
)；然后在距离测站点50-100m并与之通视的合适位置设定参考点，参考点平面坐标为(x
参考
，y
参考
)，在测站点附近设置照准辅助装置，照准辅助装置为自由伸缩和抬升的t形尺，t形尺上表面中心刻有平直细线，作为测角仪器照准的标志，在照准辅助标志的作用下，超短基线坐标方位角α的测设就转化成了对t形尺中心线的定向，
18.将测站点—》参考点方向的象限角和坐标方位角分别用r和β表示。
19.利用公式ⅰ，求解测站点—》参考点方向的象限角r:
20.21.根据表1中的坐标方位角与象限角的关系，计算测站点—》参考点方向的坐标方位角β；
22.表1
23.x
参考-x
测站
》0，y
参考-y
测站
》0β＝rx
参考-x
测站
《0，y
参考-y
测站
》0β＝180
°‑
rx
参考-x
测站
《0，y
参考-y
测站
《0β＝180
°
rx
参考-x
测站
》0，y
参考-y
测站
《0β＝360
°‑r24.在测站点上方安置测角仪器，瞄准参考点上方的对中标杆中轴线后将水平度盘读数置零，顺时针旋转仪器照准部，使水平度盘的读数为θ，此时望远镜视准轴的方向即为t形尺中心线的方向。θ可通过公式ⅱ计算：
25.θ＝(360
°‑
β α 90
°
)％360
°ꢀꢀꢀⅱ
26.公式ⅱ中，％表示取模运算。
27.有益效果：本装置t形尺套筒中心轴线的坐标方位角与超短基线方位角的关系恒定为：α
t型尺
＝α
基线
90
°
，如此就把超短基线的定向转换成对t形尺中心轴线的定向，操作方便，且定向精度高，可以促进cr设计趋向轻量化和小型化，并推广cr-dinsar技术在地表形变监测领域的应用。
28.优点：本装置结构精巧、稳定，操作方便；生产成本低，定向精度高，不受周边磁场环境的影响；促进cr设计趋向小型化，降低cr的制造成本。
附图说明：
29.图1为超短基线坐标方位角的精密测设示意图。
30.图2为本发明照准辅助装置的结构示意图。
31.图3为图2的a-a处截面图。
32.图4为本发明中连接件的俯视图。
33.图5为图2的b-b处截面图。
34.图6为图2的d-d处截面图。
35.图中：1-反射器，2-反射器底板，3-矩形定位杆，4-螺栓a，5-平垫圈a，6-螺母a，7-l型方头-圆形横杆，8-套筒，9-螺钉a，10-螺栓b，11-平垫圈b，12-螺母b，13-连接件，14-螺钉b，15-平垫圈c，16-l形板，17-水准气泡，18-螺栓c，19-平垫圈d，20-螺母c，21-螺杆，22-螺母d，23-支撑座，24-螺钉c。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
37.如图2-图6所示，本发明的用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置，包括作业平台，作业平台通过连接件与t形尺连接；
38.所述的t形尺包括矩形定位杆3、l型方头-圆形横杆7和套筒8，l型方头-圆形横杆7和套筒8上表面刻划中心轴线作为测角仪器照准的标志，l型方头-圆形横杆7一端设置在套筒8内形成伸缩结构，可自由滑动调节长度使得矩形定位杆3贴住角反射器1的底板2，并通过螺钉a9固定；l型方头-圆形横杆7的另一端通过螺栓a4、平垫圈a5和螺母a6与矩形定位杆
3通过平面接触进行连接，矩形定位杆3与l型方头-圆形横杆7之间中心轴线夹角为90
°
设置；套筒8外部为矩形结构，内部与l型方头-圆形横杆7连接腔体相匹配的圆形腔体，套筒8的尾部通过螺栓b10、平垫圈b11和螺母b12与连接件13连接；
39.所述的连接件13包括柱状螺栓套筒以及与柱状螺栓套筒垂直设置的两个连接耳，连接耳通过螺栓b10、平垫圈b11和螺母b12与套筒8尾端活动连接，使套筒8能够以螺栓b10为轴上下摆动；连接件13的柱状螺栓套筒通过螺栓c18、平垫圈d19和螺母c20设置在l形板16上，通过柱状螺栓套筒与螺栓c18之间的连接使连接件13能够绕螺栓c18旋转；松开螺母c20，螺栓c18可沿着l形板16的纵向轴线c-c移动，并带动连接件13进行移动；
40.所述作业平台包括支撑架，支撑架上通过螺钉b14和平垫圈c15固定有l形板16，l形板16上方安装有用以标识其是否处于水平状态的水准气泡17；
41.支撑架包括支撑座23，支撑座23内垂直设有螺纹连接的螺杆21，螺杆21上设有便于旋转的螺母d22，螺杆21与l形板16底部连接，通过旋转螺母d22带动螺杆21升降以调节l形板16的水平，调节好后通过垂直设置在螺杆21一侧的螺钉c24固定；
42.t型尺、连接件、作业平台组装完成并使作业平台处于水平状态后，在一定范围内可实现矩形定位杆3前后a-a方向、左右c-c方向移动；在连接件13辅助下可实现矩形定位杆3在水平方向和竖直方向旋转；
43.一种用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置的测设方法，其步骤如下：
44.s1资料收集与数据准备：在被测区域利用常规测量技术获取超短基线起点和参考点的平面坐标，计算参考方位角β，基于参考方位角β和待测设的超短基线坐标方位角α计算测角仪器旋转的角度θ；
45.s2测角仪器定向：在被测区域的超短基线起点上方安置测角仪器，在参考点上树立标志，盘左精确瞄准参考点上方树立的标志并将水平度盘读数置零，顺时针旋转照准部，使水平度盘的读数为θ，此时将望远镜视准轴方向作为照准辅助装置的t形尺中心轴线的方向，所述中心轴线刻划在l型方头-圆形横杆7和套筒8上表面；
46.s3作业平台安置与初步定位：在测角仪器望远镜的视准轴方向，根据t型尺的可伸缩长度寻找合适的区域，在该区域的地面上安置支撑架，依次组装作业平台和连接件13，并使l形板16的横向轴线b-b在测角仪器望远镜视准轴方向，观察水准气泡的位置同步调整支撑架的高度直至l形板16处于水平状态；
47.s4组装t型尺与精密定位：组装t形尺，并通过连接件13与作业平台连接；一名测量人员通过测角仪器望远镜观测并指挥另一名测量人员操作照准辅助装置：沿着作业平台纵向c-c缓慢移动和旋转连接件13，使t形尺上刻划的中心轴线与测角仪器望远镜竖丝重合，即完成了t形尺中心轴线的精密定向，此时t形尺矩形定位杆3指示的方向即为待测设的超短基线的方向。
48.使用时先定位测站点，即超短基线的起点，平面坐标为(x
测站
，y
测站
)；然后在距离测站点50-100m并与之通视的合适位置设定参考点，参考点平面坐标为(x
参考
，y
参考
)，在测站点附近设置照准辅助装置，照准辅助装置为自由伸缩和抬升的t形尺，t形尺上表面中心刻有平直细线，作为测角仪器照准的标志，在照准辅助标志的作用下，超短基线坐标方位角α的测设就转化成了对t形尺中心线的定向，
49.将测站点—》参考点方向的象限角和坐标方位角分别用r和β表示。
50.利用公式ⅰ，求解测站点—》参考点方向的象限角r:
[0051][0052]
根据表1中的坐标方位角与象限角的关系，计算测站点—》参考点方向的坐标方位角β；
[0053]
表1
[0054]
x
参考-x
测站
》0，y
参考-y
测站
》0β＝rx
参考-x
测站
《0，y
参考-y
测站
》0β＝180
°‑
rx
参考-x
测站
《0，y
参考-y
测站
《0β＝180
°
rx
参考-x
测站
》0，y
参考-y
测站
《0β＝360
°‑r[0055]
在测站点上方安置测角仪器，瞄准参考点上方的对中标杆中轴线后将水平度盘读数置零，顺时针旋转仪器照准部，使水平度盘的读数为θ，此时望远镜视准轴的方向即为t形尺中心线的方向。θ可通过公式ⅱ计算：
[0056]
θ＝(360
°‑
β α 90
°
)％360
°ꢀꢀꢀⅱ
[0057]
公式ⅱ中，％表示取模运算。
[0058]
实施例1：
[0059]
基于全站仪和照准辅助装置的角反射器底边真方位角精密测设
[0060]
1)资料收集与数据准备
[0061]
主要包括：利用gnss/rtk技术测量角反射器安装位置在cgcs2000坐标系、北京54坐标系下的坐标，分别为(b，l)和(x
cr
,y
cr
)，以及参考点的平面坐标(x
参考
,y
参考
)；sar影像卫星平台的轨道倾角i；通过公式ⅲ计算cr底边的真方位角a：
[0062][0063]
式中，对于升轨sar影像，cosi前取“ ”号；对于降轨sar影像，cosi前取
“‑”
号。利用公式ⅳ计算子午线收敛角γ：
[0064]
γ＝δlsinb
ꢀꢀꢀⅳ
[0065]
式中，
△
l为cr安装位置与其所在投影带中央子午线的经度差。
[0066]
计算cr底边坐标方位角α：
[0067]
α＝a-γ
ꢀꢀꢀⅴ
[0068]
根据公式ⅰ及表1，计算cr—》参考点方向的坐标方位角β；
[0069]
根据cr底边坐标方位角α、参考方向的坐标方位角β，利用公式ⅱ计算照准部旋转角度θ；
[0070]
2)全站仪定向
[0071]
在拟安装cr的位置上方安置全站仪，盘左精确瞄准参考点上方树立的标志并将水平度盘读数置零，然后顺时针旋转照准部，使水平度盘的读数为θ，此时望远镜视准轴方向即为t形尺中心线的方向；
[0072]
3)作业平台安置与初步定位
[0073]
在全站仪望远镜的视准方向，根据t形尺的伸缩长度寻找合适的区域，组装作业平
台和连接件，并使作业平台的横向轴线大致在望远镜视准方向，观察水准气泡的位置同步调整两个支撑架的高度使作业平台处于水平状态。
[0074]
4)t型尺组装与精密定位
[0075]
组装t形尺，并通过连接件与作业平台连接。测量人员通过全站仪望远镜观测，指挥司尺人员在作业平台纵向缓慢移动、旋转连接件，使t形尺上表面的中心刻划线与望远镜竖丝重合，即完成了t形尺中心线的精密定向，此时t形尺定位杆指示方向即为cr底边方向；为了保持t形尺和作业平台整体的稳定状态，可在t形尺套筒下方安置一个支撑架。
[0076]
cr组装完成后，置于安装顶点，此时缓慢拉动t形尺方头圆形横杆调整其长度，使t形尺的定位杆逐渐靠近cr底边，同时旋转cr，直到t形尺的定位杆与cr底边相接，此时即将t形尺中心线方向传递到cr底边上，完成cr方位角的精密测设。
[0077]
该照准辅助装置由t形尺、连接件和作业平台三部分组成；
[0078]
所述的t形尺由矩形定位杆3、l型方头圆形横杆7和套筒8组成，矩形定位杆3通过螺栓a4、平垫圈a5、螺母a6垂直固定在l型方头-圆形横杆7上，二者夹角90
°
；l型方头-圆形横杆7嵌入套筒8中，并可自由滑动调节长度使得矩形定位杆3贴住角反射器1的底板2，并通过螺钉a9固定；
[0079]
所述的套筒8为外方内圆形，通过螺栓b10、平垫圈b11和螺母b12与连接件13连接，并可绕着螺栓b10上下旋转，l型方头-圆形横杆7和套筒8上方刻划中心轴线，作为全站仪照准的标志；
[0080]
所述的连接件13结构如附图4和附图5所示，通过螺栓c18、平垫圈d19和螺母c20连接到l形板16上方预留的u形槽孔，并可绕着螺栓c18旋转以及沿着l形板16纵向方向c-c移动；
[0081]
所述的作业平台由l形板16、水准气泡17和两个支撑架组成；l形板16通过螺钉b14和平垫圈c15与支撑架连接；观察水准气泡17的位置，同步调节两个支撑架的高度可使l形板16处于水平状态；
[0082]
所述的支撑架由螺杆21、螺母d22、支撑座23和螺钉c24组成，旋转螺母d22，可带动螺杆21在支撑座23内升高或降低，继而将l形板16调整为水平状态，随后用螺钉c24将螺杆21固定。