GBInSAR 技术及其在水利工程中的应用-论文.pdf

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1、第4O卷第28期山西建筑Vo1．40No．282014年10月SHANXIARCHITECITUREOct．2014·231·文章编号：1009—6825(2014)28-0231—03GBInSAR技术及其在水利工程中的应用康丽文沈颜奕赵海鹏(河海大学，江苏南京210098)摘要：研究了基于地基合成孑L径雷达干涉测量(GroundBasedInSAR，GBInSAR)技术的微变形监测系统(IBIS—L)关键技术和精度，并分析了该系统在紫平铺大坝和泰西纳(Tessina)滑坡区的监测实例，实践表明该系

2、统具有长期连续监测、覆盖范围广、监测精度高的优点，为水利工程变形监测提供了新方法。关键词：GBInSAR，IBIS系统，变形监测，大坝，滑坡中图分类号：TU196．1文献标识码：A线孔径雷达，不仅打破了物理天线宽度的局限，还提高了方位向0引言的分辨率。在实际应用中，一般在一个长为￡的滑轨上安装合成水利工程在国家的经济建设中起着举足轻重的作用，同时也孔径雷达，通过滑杆的移动使得合成天线的波宽与观测点到目标为人民的日常生活提供了坚强有力的保证。当前，对水利工程进的距离成反比，合成孔径雷达的角分辨率△a可用

3、式(4)表达：行变形监测，传统的监测技术只能监测一些特殊的点的形变信息，不能覆盖每个部分、反映真实形变，建立的位移数学模型也不△d=2L(4)能全面反映其健康状况。目前地基合成孔径雷达干涉测量技术其中，A为雷达发射的波长。假设IBIS—L系统的雷达波长为在水利工程监测方面的应用便于监测人员能够以高采样频率和18mm，滑轨长度L=2m，则该系统的角分辨率可以达到4．5mrad。高空间分辨率对大范围工程进行变形监测。如图1所示，通过距离向和方位向的结合，监测区域被分割成若由意大利IDS公司与弗洛伦萨大学合

4、作发明的基于GBIn—干个二维的小单元，其中距离向分辨率为0．5ITI，方位向分辨率为SAR技术的微变形远程监测雷达(IBIS—L系统)已经广泛应用于4．5mrad×距离。滑坡。]、煤矿和大坝的变形监测，并取得了较好的成果。以下将对GBInSAR的关键技术、IBIS—L系统的变形监测精度及其在紫平铺大坝和泰西纳滑坡中的应用进行研究分析，并对GBInSAR技术的特点及其在水利工程的应用前景进行总结。宿臣1GBIIlSAR变形监测原理GBInSAR是一种地面微波干涉遥感技术，通过步进频率连续波(theSt

5、epped—FrequencyContinuousWave，SF·CW)和合成孔径雷达技术(SyntheticApertureRadar，SAR)获得了较高的空间分辨横向距离／m率，而干涉技术使得沿雷达视线向的微变形监测优于毫米级，实图1监测区域分割示意图现无需接近目标区域就可全天候、全天时精确获取地表信息。1．3干涉技术1．1步进频率连续波技术干涉技术将不同时刻SAR图像结合起来，通过比较监测同一步进频率连续波由一系列载频线性跳变的连续信号构成，雷地区在不同时刻的SAR图像相位信息，得到监测地区的形

6、变信达序贯发射一组载频均匀步进的窄带宽脉冲(设共有Ⅳ个脉冲)，息。此技术应用于监测地表形变时精度极高，可达毫米级，完全步进量为，一般取Af=l／，其带宽为：能够满足在大坝、山体滑坡等地区的需求。假设波长为A的雷达B=(Ⅳ一1)af(1)使目标2次成像的相位差为△，则雷达视线向变形d可表达为：对这串脉冲的回波信号进行处理，可得脉冲宽度为r／Ⅳ，即距离向分辨率是单个脉冲测量时的Ⅳ倍。所以步进频率连续波技d：一△(5)术的应用提高了雷达的距离分辨率，雷达的距离分辨率△r与脉2IBIS-L系统的精度评定冲延续

7、时间．r有关。将目标物和千分表相连，IBIS—L系统和LeicaTCA2003全站Ar-CT(2)仪观测同一目标。用千分表对目标物进行微小的调节，将IBIS．L其中，c为光速。因为柑=1，所以式(2)还可表示为：系统和全站仪捕捉到的位移变化情况进行对比。将靶标向监测设备调节2次(每次调节0．5mm)和5次(每次调节0．1mm)并Ar-(3)回调至原位置时，IBIS—L系统和全站仪捕捉到的位移变化情况如假设光速C=3×10m／s，带宽B=3×10Hz，由式(3)可知图2，图3所示。该系统的距离向分辨率为

8、0．5m，距离分辨率的大小与测距无关。由图2，图3可知，当形变量大于0．5mm时，IBIS—L系统和全1．2合成孔径雷达技术站仪的测量精度都能够满足要求；当变形量小于0．5mm时，IBIS．合成孔径雷达利用数据处理的方法合成一个较大的等效天L系统能监测出0．1mm的形变量，而全站仪的测量结果误差相对收稿日期：2014—07-24作者简介：康丽文(1991一)，女，在读本科生；沈颜奕(1992一)，女，在读本科生；赵海鹏(1992一)，男，在读本科生232