[发明专利]一种基于地基InSAR的桥梁形变近距离监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及监控系统，具体涉及一种基于地基干涉合成孔径雷达的桥梁形变近距 离监测方法。

背景技术

桥梁，作为我国重要的基础设施之一，对国民经济的发展有着至关重要的作用。一 旦桥梁的安全性不能完全保证，就会给经济发展带来负面影响。而且随着社会进步和科技 的发展，造桥技术不断进步，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，与此同时桥梁的载重、跨 径和桥面宽度不断增长，结构型式不断变化。传统的变形监测手段差不多都是基于“点”式 数据采集方法，不能全面完整地体现桥梁的形变，在空间上也不能实现桥梁形变早期识别 及动态监测的目的，于是，这就迫切需要一个更可靠的能对桥梁的健康参数进行长期的实 时监测的方法。

上世纪九十年代，干涉合成孔径雷达逐渐发展起来，可以监测地表的微小形变，具 有全天候、全天时、覆盖面广、高度自动化和高精度监测地表变形的优势，是水准测量和GPS 测量的有效补充，在长期监测桥梁形变及其健康程度上具有明显优势。

经研究表明，由于桥梁形变监测是一个长期的过程，导致SAR的影像质量受到了很 多因素的影响，尤其是季节和天气变换的影响。所以在数据处理的环节中，要加入季节和天 气条件加以改正，要滤除对桥梁形变监测无用的数据，从而使测量更加精确。

发明内容

1.目的：本发明所要解决的问题是在现有的监测方法上，提供一种基于地基干涉 合成孔径雷达的桥梁形变近距离监测方法。

2.技术方案；本发明是一种基于地基干涉合成孔径雷达的桥梁形变近距离监测方 法，该方案的具体步骤如下：

步骤一：SAR影像的预处理

为了防止桥面上的散射系数相差较大而得到非平稳图像，需要对图像进行预滤波 处理——方位向滤波和距离向滤波，即减少因回波方位向多普勒频率中心不同和基线引入 所引起的失相关效应。

步骤二：SAR影像配准

由于基线的存在，两部天线对目标区域的角度和斜距都有区别，所以两幅SAR图像 在距离向和方位向都存在一定的错位和旋转角度，导致相同的目标点在两幅图像中的位置 不一。图像配准的目的就是使复图像中相同位置的点对应地面场景中的同一点，提高后续 干涉处理的信噪比，使得干涉条纹更加清晰。

步骤三：去地平效应

平地效应不包含高程变化的信息，而且使干涉相位的条纹变密，影响相位解缠的 效果，所以在此之前需要去掉平地效应条纹。

步骤四：干涉相位滤波

仪器工作和环境会产生加性噪声，且SAR中存在特有的乘性噪声。所以为了保证后 续相位解缠的质量，必须要去噪滤波，使相位更加清晰。

步骤五：相位解缠

电子设备只能记录0到2π的相位，即缠绕相位，而真实的干涉相位需要在缠绕相位 的基础上加上2nπ，所以必须通过相位解缠这一步骤，得到与地形高度相对应的真实相位。

3.优点及功效：

本发明一方面能克服“点”式数据采集方法的缺陷，对桥梁进行全方位的监测，具 有全天时、全天候、不受大气传播和气候影响，而且其测量精度能达到毫米级别。另一方面 通过干涉图能够观察桥梁形变的整个过程，可以及时发现桥梁是否受损，便于其维护。

附图说明

图1为本发明中干涉合成孔径雷达对桥梁监测的结构示意图；

图2为本发明中InSAR测高原理示意图。

图3为本发明处理过程的流程图。

具体实施方式

本发明涉及到的一些运算方法

1、测高原理

利用具有一定视角差的两幅天线获取同一区域的相干SAR图像，然后根据其干涉 相位来计算高程值，如图2所示。

2、桥梁形变量和干涉图相位差的关系

天线A₁和天线A₂分别代表两副天线的位置，天线间的距离用基线距离B表示，基线 与水平方向的夹角为α。h代表天线与桥梁底面的高度，P为目标点，R为P到天线A₁的距离，R+ ΔR为P到天线A₂的距离，θ是第一副天线的参考视角，P点形变量用z表示。

天线A₁和天线A₂接收到的信号的相位差为：

由于在实际的电子系统中，只能记录0到2π的相位，而实际的相位为：