复杂森林场景SAR数据仿真方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本公开提供了一种复杂森林场景SAR数据仿真方法，包括：构建地表几何模型、树木几何模型和电塔几何模型，生成复杂森林场景的三维几何模型；将复杂森林场景的三维几何模型网格化，得到每个网格中的透射矩阵和遮挡矩阵；基于遮挡矩阵，识别每个网格中树木、地表和电塔不被遮挡的部分，并基于透射矩阵计算各网格的树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵，计算电塔散射矩阵包括：将电塔分解为平板和二面角，分别计算散射矩阵后，共同构成电塔散射矩阵；将树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵作为输入仿真SAR回波数据，并进行成像处理，得到复杂森林场景的SAR图像数据本公开还提供了一种复杂森林场景SAR数据仿真装置、设备及介质。备及介质。备及介质。

【技术实现步骤摘要】
复杂森林场景SAR数据仿真方法、装置、设备及介质


[0001]本公开涉及雷达信号处理
，尤其涉及一种复杂森林场景SAR数据仿真方法、装置、电子设备及介质。

技术介绍

[0002]森林是一个复杂的生态系统，不仅包含树木、草地、地表等自然目标，还可能包含道路、农田、电塔等人工目标。但是目前的森林场景仿真模型主要针对树木、草地、地表等要素进行建模，很少有包含人工目标仿真模型被提出。在实际应用中，为了保证电力系统的正常运行，需要定期对高压线路进行巡检。一些高压电塔建立在人迹罕至的山区，这些地区地形坡度大、森林密度高，采用人工巡检的方式不但效率低、而且非常危险。因此，构建具有电塔的复杂森林场景模型来代替人工巡检具有十分重要的研究意义。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种复杂森林场景SAR数据仿真方法，以解决上述技术问题。
[0004]本公开的第一个方面提供了一种复杂森林场景SAR数据仿真方法，包括：构建地表几何模型、树木几何模型和电塔几何模型，在所述地表几何模型构建的地表中随机分布树木几何模型和电塔几何模型，生成复杂森林场景的三维几何模型；在所述复杂森林场景中模拟雷达发射电磁波；将所述复杂森林场景的三维几何模型网格化，基于每个网格中电磁波的遮挡情况和衰减情况得到每个网格的遮挡矩阵和透射矩阵；基于所述遮挡矩阵，识别每个网格中树木、地表和电塔不被遮挡的部分，并基于所述透射矩阵计算各所述网格中树木、地表和电塔不被遮挡部分的树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵，其中，计算所述电塔散射矩阵包括：将电塔分解为平板和二面角，分别计算所述平板和所述二面角的散射矩阵后，共同构成电塔散射矩阵；将所述树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵作为输入仿真SAR回波数据，并进行成像处理，得到复杂森林场景的SAR图像数据。
[0005]根据本公开的实施例，所述将所述复杂森林场景的三维几何模型网格化，基于每个网格中电磁波的遮挡情况和衰减情况得到每个网格的遮挡矩阵和透射矩阵包括：计算雷达电磁波穿透各所述网格的水平极化衰减系数和垂直极化衰减系数，交叉极化设置为0，得到所述网格的透射矩阵；计算雷达和各所述网格的预设目标位置的直线距离上所穿过的地表峰值点，以得到所述地表峰值点与所述目标位置在垂直方向的夹角；当所述夹角小于所述雷达与所述目标位置之间的下视角时，判断所述目标位置未被地表遮挡，否则判断所述目标位置被地表遮挡；根据所述复杂森林场景中所述网格的各目标位置是否被遮挡，构建遮挡矩阵，其中，所述遮挡矩阵中的每个元素与所述网格中的各所述目标位置对应，其元素值为1或0，分别表示所述目标位置未被遮挡或被遮挡，所述目标位置包括树木、地表、电塔所在位置。
[0006]根据本公开的实施例，所述基于所述透射矩阵计算各所述网格中树木、地表和电
塔不被遮挡部分的树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵包括：基于所述网格中不被遮挡的树木的几何信息，采用电磁散射辐射传输方程计算所述树木的初始散射矩阵；获取所述树木与雷达的直线距离上穿过的各个网格的透射矩阵，将所述初始散射矩阵乘以所述各个网格的透射矩阵，得到所述树木散射矩阵；将所述网格中不被遮挡的地表分为多个小平面，采用OH模型计算每个小平面的初始散射矩阵；获取各所述小平面与雷达的直线距离上穿过的各个网格的透射矩阵，使各所述小平面的初始散射矩阵乘以对应的各个网格的透射矩阵，得到各所述小平面的散射矩阵，并共同构成所述地表散射矩阵；将所述网格中不被遮挡的电塔分解为多个平板和多个二面角，计算每个平板和二面角的初始散射矩阵；获取各所述平板和二面角与雷达的直线距离上穿过的各个网格的透射矩阵，使各所述平板和二面角的初始散射矩阵分别乘以对应的各个网格的透射矩阵，得到各所述平板和二面角的散射矩阵，并共同构成所述电塔散射矩阵。
[0007]根据本公开的实施例，计算二面角的初始散射矩阵包括：基于所述二面角与雷达电磁波的入射方向的六种位置关系，计算二面角的初始散射矩阵；其中，以构成二面角的两块平板的交线作为z轴，角平分线作为x轴，根据右手定则确定y方向，γ表示所述二面角夹角的一半，θ表示所述电磁波的入射方向所述二面角角平分线的夹角，S1、S2、S3、S4、S5和S6分别表示六种位置关系对应的初始散射矩阵，S
a
和S
b
分别表示二面角的两个平板的一次散射矩阵，S
′
a
和S
′
b
分别表示二面角的两个平板背面的一次散射矩阵，S
a
→
b
表示二面角的平面a反射到平面b的二次散射矩阵，S
b
→
a
表示平面b反射到平面a的二次散射矩阵，两平面夹角大于180
°
的一面为背面；
[0008]当时，S1＝S
a
+S
b
+S
a
‑
>b
+S
b
‑
>a
；
[0009]当θ∈(π/4，π/2]时，S2＝S
a
+S
′
b
；
[0010]当θ∈(π/2，3π/4]时，S3＝S
′
b
；
[0011]当θ∈(3π/4，5π/4]时，S4＝S
′
a
+S
′
b
；
[0012]当θ∈(5π/4，3π/2]时，S5＝S
′
a
；
[0013]当θ∈(3π/2，7π/4]时，S6＝S
′
a
+S
b
。
[0014]根据本公开的实施例，计算二面角的一次散射矩阵或二次散射矩阵包括：
[0015][0016]S
VH
＝0；
[0017][0018][0019]其中，S
HH
、S
VH
、S
HH
和S
VV
分别表示所述一次散射矩阵或二次散射矩阵的四个对角元素，以构成二面角的两块平板的交线作为z轴，角平分线作为x轴，根据右手定则确定y方向，γ表示所述二面角夹角的一半，表示雷达发射电磁波的入射方向在xoy平面的投影和x轴的夹角，θ表示所述电磁波的入射方向和xoy平面夹角，k表示波束，r表示雷达到目标的距
离，λ表示波长，a、b分别表示电磁波所能照射到的二面角的两块平板的宽，c表示两块平板的长，a
′
和b
′
是所述电磁波从二面角的一平面反射到另一平面的照射长度；
[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]根据本公开的实施例，在计算一次散射矩阵时，一次散射的等效散射中心认为在每个平板的中心位置；在计算二次散射矩阵时，需要根据入射光线的角度计算等效散射中心的位置。
[0027]根据本公开的实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂森林场景SAR数据仿真方法，其特征在于，包括：构建地表几何模型、树木几何模型和电塔几何模型，在所述地表几何模型构建的地表中随机分布树木几何模型和电塔几何模型，生成复杂森林场景的三维几何模型；在所述复杂森林场景中模拟雷达发射电磁波；将所述复杂森林场景的三维几何模型网格化，基于每个网格中电磁波的遮挡情况和衰减情况得到每个网格的遮挡矩阵和透射矩阵；基于所述遮挡矩阵，判断每个网格中树木、地表和电塔不被遮挡的部分，并基于所述透射矩阵计算各所述网格中树木、地表和电塔不被遮挡部分的树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵，其中，计算所述电塔散射矩阵包括：将电塔分解为平板和二面角，分别计算所述平板和所述二面角的散射矩阵后，共同构成电塔散射矩阵；将所述树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵作为输入仿真SAR回波数据，并进行成像处理，得到复杂森林场景的SAR图像数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述复杂森林场景的三维几何模型网格化，基于每个网格中电磁波的遮挡情况和衰减情况得到每个网格的遮挡矩阵和透射矩阵包括：计算电磁波穿透各所述网格的水平极化衰减系数和垂直极化衰减系数，交叉极化设置为0，得到各所述网格的透射矩阵；计算雷达和各所述网格的预设目标位置的直线距离上所穿过的地表峰值点，以得到所述地表峰值点与所述目标位置在垂直方向的夹角；当所述夹角小于所述雷达与所述目标位置之间的下视角时，判断所述目标位置未被地表遮挡，否则判断所述目标位置被地表遮挡；根据所述复杂森林场景中所述网格的各目标位置是否被遮挡，构建遮挡矩阵，其中，所述遮挡矩阵中的每个元素与所述网格中的各所述目标位置对应，其元素值为1或0，分别表示所述目标位置未被遮挡或被遮挡，所述目标位置包括树木、地表、电塔所在位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述透射矩阵计算各所述网格中树木、地表和电塔不被遮挡部分的树木散射矩阵、地表散射矩阵和电塔散射矩阵包括：基于所述网格中不被遮挡的树木的几何信息，采用辐射传输方程计算所述树木的初始散射矩阵；获取所述树木与雷达的直线距离上穿过的各个网格的透射矩阵，将所述初始散射矩阵乘以所述各个网格的透射矩阵，得到所述树木散射矩阵；将所述网格中不被遮挡的地表分为多个小平面，采用OH模型计算每个小平面的初始散射矩阵；获取各所述小平面与雷达的直线距离上穿过的各个网格的透射矩阵，使各所述小平面的初始散射矩阵乘以对应的各个网格的透射矩阵，得到各所述小平面的散射矩阵，并共同构成所述地表散射矩阵；将所述网格中不被遮挡的电塔分解为多个平板和多个二面角，计算每个平板和二面角的初始散射矩阵；获取各所述平板和二面角与雷达的直线距离上穿过的各个网格的透射矩阵，使各所述平板和二面角的初始散射矩阵分别乘以对应的各个网格的透射矩阵，得到各所述平板和二
面角的散射矩阵，并共同构成所述电塔散射矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算二面角的初始散射矩阵包括：基于所述二面角与雷达电磁波的入射方向的六种位置关系，计算二面角的初始散射矩阵；其中，以构成二面角的两块平板的交线作为z轴，角平分线作为x轴，根据右手定则确定y方向，γ表示所述二面角夹角的一半，θ表示所述电磁波的入射方向所述二面角角平分线的夹角，S1、S2、S3、S4、S5和S6分别表示六种位置关系对应的初始散射矩阵，S
a
和S
b
分别表示二面角的两个平板的一次散射矩阵，S
′
a
和S
′
b
分别表示二面角的两个平板背面的一次散射矩阵，S
a
→
b
表示二面角的平面a反射到平面b的二次散射矩阵，S
b
→
a
表示平面b反射到平面a的二次散射矩阵，两平面夹角大于180
°
的一面为背面；当时，S1＝S

【专利技术属性】
技术研发人员：高强，刘亮，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：