本次监测，GPRI-II安置于汀九一侧附近的桥下，扫描距离为80~500m，如图12-1所示，旋转方位扫描（RAS）和固定方位扫描（FAS）两种数据工作模式均用于监测风和车辆驱动而引起的桥梁变形。在这两种情况下，雷达天线都以30°的仰角观测，影像采集完成后应用GAMMA软件获得差分和沿轨道干涉图。

图12-1　（a）监测中两座桥梁的位置；（b）在汀九桥的一侧设立的地基雷达系统GPRI；（c）在青衣大厦下方设立地基雷达系统GPRI；（d）汀九桥实验的空间几何关系；（e）汀九桥的雷达强度图像；（f）青马大桥的雷达强度图像，其中P1，P2，P3和P4分别是中跨的1/2，1/4和1/8的位置，以及马湾大厦的位置；（g）青马大桥实验的空间几何关系，其中L，J和H是GPS站的位置；（e）和（f）中的红线表示FAS监测的成像方向

图12-2　RAS监测模式下的形变结果。（a）雷达监测的目标区域；（b）雷达强度图像（时间：07：10：53）；（c）相干图；（d）形变图（时间：07：10：53—07：10：56）。解缠参考点选在近距离中心处

1.RAS（旋转方位扫描）桥梁监测

通过方位角扫描构建图像旋转角度为40°。对于GPRI-II，方位角扫描仪能够将仪器旋转360°，步长约为0.1°/s。出于这个原因，RAS模式也可用于大面积静态监控。RAS模式下的桥梁位移图如图12-2（d）所示，表示测量结果沿LOS方向的变形从-49.4mm变化到29.5mm。应该注意的是，桥梁区域外出现一些对称分布的不规则信号。一般来说，不应该有任何散射区域外的散射体。不规则信号可能是由水的多路径效应引起的反射。因此，需要进一步研究如何避免多路径效应，以适应在水域附近进行桥梁监测的情况。

2.FAS（固定方位扫描）桥梁监测

GPRI-II的RAS模式适用于大面积慢速的监测目标。但是，对于快速的形变体，如桥梁的风力变形和高层建筑，更适用于FAS模式。由于GPRI-II超高的时间采样率，可以对动态目标实施近实时的变形监测，并且无需相位解缠。在这次测量中，从上午08：05：09到08：46：59在RAS模式中获取了41影雷达图像，仅40s就可采集一幅影像（图12-3）。因此，干涉图中的方位线表示10ms时间内的雷达回波间隔。

图12-3　FAS监测模式下的形变图（采样间隔为40s）

图12-3为FAS模式下的10个形变位移图，揭示了桥梁不同的变形原因，包括自然振动、风力以及桥面负载。图12-3中，由第一幅干涉图可以看出，桥面甲板（背面）的形变值最高达25.4mm（远离雷达中心）和74.2mm（朝向雷达中心）。这些结果表明，桥梁形变在空间和时间上都具有规律性（见图12-4）。

(www.daowen.com)

图12-4　干涉图20151211-080610的剖面图

汀九桥监测实验中，从08：05：09到08：46：59（UTC）间歇性地采集到41景雷达影像。为了获得较高信噪比的雷达图像，将雷达方位角设定为20°，并将采样率从2000 Hz降低到100 Hz。

图12-5（a）和（b）显示了获得的原始干涉图，采样时间为08：06：10（监测起始时刻）。由于雷达的视线向不完全沿桥体中心轴向，如图12-1（e）所示，是沿着从桥梁甲板的左侧到主塔中心的连线。图12-5（a）和（b）左侧的密集条纹主要是由桥面板的变形引起的，而中部的条纹是由主塔的振动引起的。得到干涉图后，沿着时间序列逐点地进行一维相位解缠。得益于较高的采样频率，大部分桥梁的回波信号都较强且连续，在解缠处理时利用掩膜的方法避免了噪声信号很大的影响，并利用概率统计的方法去除了少许解缠异常值。

由于该地基SAR为真实孔径雷达系统，采用单发双收的三天线形式工作，发射天线为TA，上部接收天线为UA，下部接收天线为LA。在大多数情况下，LA的干涉相位与UA的结果基本一致。如图12-5（c）~（e）所示，在相位解缠后，由于LA和UA接收的SLC图像的强度不同，可能是由于两天线接收的影像强度信息不一致造成的。图12-5（f）显示了LA和UA相位解缠后的差异。图12-5（g）可以得到两天线融合后的干涉图，用于最终累积位移图的生成。

图12-5　采样时刻为08：06：10的汀九桥形变结果

（a）LA获取的干涉图；（b）UA获取的干涉图；（c）来自LA的强度图像；（d）来自UA的强度图像；（e）来自LA和UA的强度图像之间的差异；（f）解缠结果之间的差异；（g）下部和上部干涉图积分的展开相位

如图12-6所示，从41张位移图中选出这10张作说明，结果揭示了不同原因造成的桥梁变形，包括自然振动、风力以及重型车辆通行引起的形变。图中显示了随时间不同，地基雷达系统能够高精度地获取桥体上发生的时序形变。图12-6（a）~（f）主要显示了桥梁在风力作用下的形变。结果显示，监测期内桥体的振荡频率是不同的，且最大波动幅度在80mm左右。图12-7（a）和（b）分别为采样时刻为08：31：47，08：43：04桥面与主塔点的时序形变结果，监测期内主塔相对稳定。此外，可以从结果中检测到一些非常小的变形，可能是当时通过的重型车辆引起的变形。由图12-6（g）~（i）可以清晰地看出一辆重型车辆驶过了桥梁的状态，该车辆方向是从近处（汀九侧）移动到远处（主塔侧）。

图12-6　汀九桥位移图

图12-7　汀九桥甲板和主塔上监测点的LOS位移