近年来，地基合成孔径雷达作为变形监测的工具已受到越来越多的关注，它主要包括能够接收和发射微波束的雷达传感器，以及重复采集数据时所需要的移动滑轨。利用合成孔径技术实现二维成像。获取影像沿方位向的分辨率取决于滑轨的长度：滑轨越长，方向分辨率越高。图3-9为地基雷达系统，主要由四部分组成：雷达天线、滑轨、电源以及用于图像采集和数据存储的计算机。

GBSAR是相干雷达系统，通过提取雷达信号中的相位值，进行干涉处理，最终获取监测区域的形变或地形信息。地基SAR系统对微小形变十分敏感，测程长（可达到几千米）以及二维成像能力，使其具有其他测量手段无可比拟的技术优势。在过去几十年间，地基雷达干涉测量技术在许多领域得到了广泛的应用，如滑坡监测，大坝以及冰川监测。尽管GBSAR相对其他监测手段具有较大的技术潜力，但是准确的形变信息提取并非易事，其过程同样也面临许多技术问题，如大气扰动、时间去相关以及相位解缠等。事实上，为了从地基数据中正确地估算出形变值，需要充分地考虑其数据特点来进行准确的分析和处理。这部分主要从工作原理上介绍GBSAR的数据特点。

图3-9　GBSAR系统的主要组成部分

1.GBSAR信号

如上所述，地基雷达是一种相干雷达，其基本工作原理与常规雷达相似，具有发射能量脉冲并且收集由被照物体或表面反射回的能量信号。如图3-10所示，位于左边的雷达系统在时刻t0发射出脉冲延时为τ的脉冲信号，假设介质为真空，则以大约为299792.458km/s的光速进行传播。脉冲与被测物体进行相互作用后，部分发射信号会于时刻t0+T0返回到雷达的接收器。因此，雷达中心与物体间的距离R可以通过时间延迟T0求得：

式中，c表示光速，T0为脉冲传播时间，由于脉冲是“雷达-目标-雷达”的双程路径，因此雷达中心与目标间距离需要取总路程的1/2。由上可知，雷达能够区别两个位于不同距离物体的最大能力，即距离向分辨率ΔR，表示为：

上式中，τ为发射脉冲的脉冲延时，显而易见，若两物体位于同一距离内，雷达系统是无法区分它们的。

雷达测距公式仅能够提高一维的距离信息，即仅获取目标的距离向（range direction）信息。而通常将垂直于雷达距离向的方向称之为方位向（cross-range direction），其所对应的最大分辨能力，叫方位向分辨率。一般方位分辨率是与天线长度相关的，天线越长，则分辨率越高。虽然通过加长天线可以达到高的方位向分辨率，但是由于天线过长会影响雷达的发射功率，因此常用的提高方位向分辨率的方法是利用合成孔径（SAR）技术。合成孔径技术是通过雷达与目标间的相对运动，整合该目标的多个相干距离信息，从而生成一幅较长真实孔径天线的雷达影像。

图3-10　雷达测距的工作原理(www.daowen.com)

2.GBSAR数据采集

地基雷达获取的原始数据，需要通过后处理才能够得到最终的GBSAR影像。这种后处理称之为聚焦或成像。地基雷达能够二维成像是依赖于传感器沿轨道运动的数据采集方式，其成像算法通常采用距离多普勒（RD）算法。

成像后的数据一般用复数形式来表示，每个影像的像元包含实部（I）和虚部（Q），则振幅（A）与相位（φ）信息可表示如下：

振幅的大小与散射体信号的反射强度有直接关系，便于SAR影像场景的解译。由于SAR特殊的成像几何，因此振幅影像对于影像解译方面具有重要意义。如图3-11所示，场景中一些建筑物的特殊结构特征（图中已标出），在SAR振幅图与场景图中均能够显现，借助振幅影像有利于对地基SAR进行影像解译或特殊目标的辨识。甚至有些研究表明，利用时序影像的振幅影像可以进行形变信息的估算。相位部分主要包含了传感器与目标间距离的几何信息，由此能够获取形变或数字表面模型（DSM），相位信息的提取在后面章节会做详细地介绍。

GBSAR的成像几何，是距离向采样与方位角采样共同作用的结果。因此，GBSAR常用的显示方式是采用极坐标的形式（见图3-12），距离向采样间隔ΔR为极径，方位向Δθ为极角。通常SAR影像用复数矩阵进行表示，x为矩阵的列号，y为矩阵的行号，那么影像中某像元（x，y）可以通过下式来计算其对应的极坐标（ρ，ϑ）：

式中，ρ为传感器到像元间的距离，ϑ表示该像元所在列与中心像元所在列xc间的夹角。

图3-11　GBSAR的强度图（左）与监测区域的场景图（右）

图3-12　GBSAR的极坐标