本發(fā)明涉及星載合成孔徑雷達遙感圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法。

背景技術(shù)：

為了掌握線路的運行狀況和沿線的環(huán)境情況，及時發(fā)現(xiàn)是否存在缺陷和安全隱患，需要對線路進行定期巡檢。尤其是在氣候變化(大霧、冰雪、強風(fēng)、暴雨、雷暴等)、自然災(zāi)害(地震、洪水、泥石流、森林火災(zāi)等)、外力破壞、異常運行和其他特殊情況時，需要及時進行特殊巡檢，發(fā)現(xiàn)和解決線路的異常情況。

我國輸電線路常綿延數(shù)百甚至上千公里，多數(shù)位于人口稀少地區(qū)，跨越高山峻嶺，沿線地形復(fù)雜，進行檢測及巡檢難度大且成本高。人工巡檢、機器人巡檢、直升機巡檢和基于多種傳感器的在線檢測裝置等巡檢監(jiān)測技術(shù)，在極端天氣條件和大范圍自然災(zāi)害條件下，難以快速、大范圍、低成本和高安全系數(shù)進行巡檢。

衛(wèi)星平臺的快速發(fā)展，使得基于光學(xué)遙感、多光譜遙感、合成孔徑雷達遙感等遙感技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用變成可能。基于合成孔徑雷達的衛(wèi)星遙感技術(shù)具有全天時、全天候、大范圍探測能力，可以在大范圍災(zāi)害下對輸電線路進行廣域監(jiān)測，解決各種復(fù)雜氣象條件和復(fù)雜地形條件的巡檢檢測難題。

合成孔徑雷達觀測技術(shù)，是主動微波遙感技術(shù)，可以不受時間限制，可以穿云透霧，能夠在各種極端環(huán)境下獲得高質(zhì)量圖像，但雷達圖像與光學(xué)圖像的差異，不同地物特征的輻射特性各不相同，鐵塔及電線的輻射特性更是難以定量分析，造成了雷達圖像解譯的困難，如何基于星載合成孔徑雷達圖像提取有效信息，進行輸電線路巡檢和檢測，分析和發(fā)現(xiàn)輸電線路的異常區(qū)域，具有非常重要的意義。

目前，國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的研究工作主要集中在雷達圖像中鐵塔位置檢測和狀態(tài)識 別，通過不同時間雷達圖像中鐵塔相關(guān)信息的變化，分析鐵塔的工作狀態(tài)，這在一定程度上可以解決目前輸電線路巡檢和監(jiān)測的需求，但是輸電線路地形復(fù)雜，存在遮擋和背景干擾，有些區(qū)域無法全面有效的監(jiān)測，而且對于輸電線路導(dǎo)線是否存在松弛、斷線等相關(guān)損壞情況，是不能夠識別的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供的一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法，該方法基于輸電導(dǎo)線空間位置模型和雷達后向散射模型仿真導(dǎo)線的高分辨率SAR圖像成像特性，解決了雷達影像中輸電線路導(dǎo)線成像狀態(tài)分析的問題，為分析輸電線路的工作運行狀態(tài)和損壞情況提供了理論模型和仿真算法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1.根據(jù)衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量數(shù)據(jù)，計算得到星載合成孔徑雷達的衛(wèi)星軌道任意時刻的軌道狀態(tài)矢量；

步驟2.構(gòu)建輸電線路中的導(dǎo)線的斜拋物線模型；

步驟3.根據(jù)所述導(dǎo)線的斜拋物線模型及衛(wèi)星軌道的位置坐標，求得所述導(dǎo)線的入射角；

步驟4.根據(jù)所述導(dǎo)線的入射角，構(gòu)建并計算雷達輻射區(qū)域?qū)Ь€計算模型，得到對應(yīng)的導(dǎo)線目標中心點位置輻射能量值；

步驟5.根據(jù)計算結(jié)果，生成仿真區(qū)域背景，并疊加和仿真導(dǎo)線。

優(yōu)選的，所述步驟1，包括：

1-1.從衛(wèi)星平臺提供的衛(wèi)星雷達數(shù)據(jù)頭文件中讀取衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量數(shù)據(jù)；所述衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量數(shù)據(jù)包括離散采樣衛(wèi)星位置矢量R_S(t_i)、離散采樣 衛(wèi)星速度矢量V_S(t_i)及采樣對應(yīng)的時刻t_i(i＝1,2,…,n)；

R_S(t_i)＝(X_S(t_i),Y_S(t_i),Z_S(t_i))^T；

V_S(t_i)＝(V_SX(t_i),V_SY(t_i),V_SZ(t_i))^T；

式中，X_S(t_i),Y_S(t_i),Z_S(t_i)為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的離散采樣位置矢量；

V_SX(t_i),V_SY(t_i),V_SZ(t_i)分別為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的離散采樣速度矢量；

1-2.構(gòu)建離散采樣衛(wèi)星位置矢量R_S(t_i)的三次多項式擬合軌道方程：

構(gòu)建離散采樣衛(wèi)星速度矢量V_S(t_i)的三次多項式擬合軌道方程：

式中，(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)為三次多項式擬合軌道方程的擬合參數(shù)；

1-3.根據(jù)R_S(t_i)及V_S(t_i)，采用最小估計二乘法求解所述三次多項式擬合軌道方程，得到擬合參數(shù)(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)的值；

1-4.根據(jù)擬合參數(shù)(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)的值，求得衛(wèi)星軌道任意時刻星載合成孔徑雷達的衛(wèi)星軌道任意時刻t的軌道位置矢量R_S(t)和速度矢量V_S(t)，即求得任意時刻的軌道位置坐標(x_s,y_s,z_s)和速度坐標(V_sx,V_sy,V_sz)；

其中，R_S(t)的擬合軌道方程為：

V_S(t)的擬合軌道方程為：

式中，X_S(t),Y_S(t),Z_S(t)分別為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的任意時刻t的位置矢量；V_SX(t),V_SY(t),V_SZ(t)分別為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的任意時刻t的速度矢量。

優(yōu)選的，所述步驟2，包括：

2-1.構(gòu)建所述輸電線路中的導(dǎo)線進行斜拋物線模型：

當所述輸電線路不平行于X軸時：

當所述輸電線路平行于X軸時：

式中，m、n和R為所述導(dǎo)線所在重力平面方程系數(shù)，r₁,r₂,r₃為導(dǎo)線在以z軸為中心的旋轉(zhuǎn)拋物面方程系數(shù)，其中g(shù)和ρ₀為導(dǎo)線相關(guān)系數(shù)參數(shù)；x，y，z為導(dǎo)線鐵塔空間坐標。

2-2.若所述導(dǎo)線不平行于x坐標軸，則r₁,r₂,r₃的值為：

r₂＝mr₁+n；

r₃＝z_t1-A[(x_t1-r₁)²+(y_t1-r₂)²]；

其中，n＝y(tǒng)_t1-mx_t1；x_t1,y_t1,z_t1和x_t2,y_t2,z_t2分別為所述導(dǎo)線兩端鐵塔的空間坐標；

2-3.若所述導(dǎo)線平行于x坐標軸，則r₁,r₂,r₃的值為：

r₁＝R；

r₃＝z_t1-A(y_t1-r₂)²。

優(yōu)選的，所述中的求解方法包括：

根據(jù)已知所述導(dǎo)線的兩端鐵塔的位置坐標(x_t1,y_t1,z_t1)和(x_t2,y_t2,z_t2)，求出高差角的余弦值：

優(yōu)選的，所述步驟3，包括：

3-1.任意時刻的衛(wèi)星軌道位置坐標(x_s,y_s,z_s)和目標點位置坐標(x_p,y_p,z_p)，基于距離公式計算SAR數(shù)據(jù)中對應(yīng)的斜距r：

r²＝(x_s-x_p)²+(y_s-y_p)²+(z_s-z_p)²；

3-2.對于所述導(dǎo)線上的任一點，對所述導(dǎo)線的斜拋物線模型方程求偏導(dǎo)，獲得導(dǎo)線的方向向量

若所述導(dǎo)線平行于X軸，則所述方向向量為(0,1,2A(y-r₂))；

若所述導(dǎo)線不平行于X軸，

則所述方向向量為(1,m,2A(x-r₁)+2mA(mx+n-r₂))；

3-3.利用入射向量和導(dǎo)線方向向量基于空間幾何夾角公式計算所述導(dǎo)線的入射角θ：

式中，雷達電磁波的入射向量

優(yōu)選的，所述步驟4，包括：

4-1.根據(jù)所述導(dǎo)線的入射角θ，構(gòu)建雷達輻射區(qū)域點目標散射模型：

e＝σ₀(cosθ)²；

式中，e為雷達輻射區(qū)域點目標散射模型，σ₀為后向散射系數(shù)，θ為雷達照射目標區(qū)域入射角；

4-2.確定仿真數(shù)據(jù)星載SAR相關(guān)參數(shù)；

4-3.構(gòu)建雷達輻射區(qū)域?qū)Ь€計算模型；

對于給定時刻t衛(wèi)星平臺位置(X_S(t),Y_S(t),Z_S(t))^T及正側(cè)視中心導(dǎo)線位置坐標(x_p,y_p,z_p)^T，確定所述雷達輻射帶寬范圍內(nèi)的導(dǎo)線坐標為：

[(x_p-,y_p-,z_p-)^T,(x_p+,y_p+,z_p+)^T]；

4-4.計算并疊加雷達輻射帶寬區(qū)域所有導(dǎo)線上的點目標的輻射能量值，生成對應(yīng)的導(dǎo)線目標中心點位置輻射能量值。

優(yōu)選的，所述相關(guān)參數(shù)包括衛(wèi)星飛行高度約為、輻射波長、波束寬度方位向、距離向、在方位向輻射寬度及輻射分辨率。

優(yōu)選的，所述步驟5，包括：

5-1.采用光學(xué)灰度圖像作為導(dǎo)線區(qū)域背景，對圖像疊加高斯乘性噪聲模擬SAR圖像；

5-2.基于斜距確定導(dǎo)線目標在背景圖像中的坐標位置，合并背景區(qū)域和導(dǎo)線目標仿真能量值，生成仿真圖像。

從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法，該方法通過對衛(wèi)星軌道多項式擬合求解和輸電線路導(dǎo)線三維建模解算，高精度的解出任意時刻的衛(wèi)星軌道位置和其輻射中心對應(yīng)的導(dǎo)線位置；通過SAR幾何構(gòu)像和散射模型建模，計算導(dǎo)線點目標對應(yīng)的輻射能量值，最終通過能量輻射疊加確定最終的導(dǎo)線目標中心點位置輻射能量值。本發(fā)明的仿真方法，各個步驟采用的模型均為成熟且嚴謹?shù)哪Ｐ?，有較好的魯棒性和正確性，其計算過程準確性及可靠性高，同時便于后期的改進和維護，方便應(yīng)用在后續(xù)的具體應(yīng)用中；且能夠識別輸電線路導(dǎo)線是否存在松弛、斷線等相關(guān)損壞情況，保證了輸電線路的可行性運行。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，通過對衛(wèi)星軌道多項式擬合求解和輸電線路導(dǎo)線三維建模解算，高精度的解出任意時刻的衛(wèi)星軌道位置和其輻射中心對應(yīng)的導(dǎo)線位置；通過SAR幾何構(gòu)像和散射模型建模，計算導(dǎo)線點目標對應(yīng)的輻射能量值，最終通過能量輻射疊加確定最終的導(dǎo)線目標中心點位置輻射能量值。本發(fā)明的仿真方法，各個步驟采用的模型均為成熟且嚴謹?shù)哪Ｐ?，有較好的魯棒性和正確性，其計算過程準確性及可靠性高，同時便于后期的改進和維護，方便應(yīng)用在后續(xù)的具體應(yīng)用中；且能夠識別輸電線路導(dǎo)線是否存在松弛、斷線等相關(guān)損壞情況，保證了輸電線路的可行性運行。

2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，相較于大多數(shù)仿真和應(yīng)用方法都是針對鐵塔等輸電線路目標進行相關(guān)分析的思路，本文方法與以往輸電線路仿真應(yīng)用方法有本質(zhì)不同，第一次對輸電線路導(dǎo)線進行分析、建模和仿真，提出了一整套的比較嚴密的理論模型和仿真方法，為基于導(dǎo)線對輸電線路進行分析和運行狀態(tài)景象評估提出了一種新的思路和模型

3、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，輸電線路導(dǎo)線區(qū)域的輻射模型也是嚴格基于雷達電磁輻射模型進行解算，因此，保證了計算過程的準確性和可靠性。

4、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，模塊化分解計算，所以便于后期的改進和維護，方便應(yīng)用在后續(xù)的具體應(yīng)用中。

5、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的電磁仿真方法中步驟1的流程圖；

圖3是本發(fā)明的電磁仿真方法中步驟2的流程圖；

圖4是本發(fā)明的電磁仿真方法中步驟3的流程圖；

圖5是本發(fā)明的電磁仿真方法中步驟4的流程圖；

圖6是本發(fā)明的電磁仿真方法中步驟5的流程圖；

圖7是本發(fā)明的仿真方法的應(yīng)用例的整體流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法，包括如下步驟：

步驟1.根據(jù)衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量數(shù)據(jù)，計算得到星載合成孔徑雷達的衛(wèi)星軌道任意時刻的軌道狀態(tài)矢量；

步驟2.構(gòu)建輸電線路中的導(dǎo)線的斜拋物線模型；

步驟3.根據(jù)導(dǎo)線的斜拋物線模型及衛(wèi)星軌道的位置坐標，求得導(dǎo)線的入射角；

步驟4.根據(jù)導(dǎo)線的入射角，構(gòu)建并計算雷達輻射區(qū)域?qū)Ь€計算模型，得到對應(yīng)的導(dǎo)線目標中心點位置輻射能量值；

步驟5.根據(jù)步驟1至4的計算結(jié)果，生成仿真區(qū)域背景，并疊加和仿真導(dǎo)線。

如圖2所示，步驟1，包括：

1-1.從衛(wèi)星平臺提供的衛(wèi)星雷達數(shù)據(jù)頭文件中讀取衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量數(shù)據(jù)；衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量數(shù)據(jù)包括離散采樣衛(wèi)星位置矢量R_S(t_i)、離散采樣衛(wèi)星速度矢量V_S(t_i)及采樣對應(yīng)的時刻t_i(i＝1,2,…,n)；

R_S(t_i)＝(X_S(t_i),Y_S(t_i),Z_S(t_i))^T；

V_S(t_i)＝(V_SX(t_i),V_SY(t_i),V_SZ(t_i))^T；

式中，X_S(t_i),Y_S(t_i),Z_S(t_i)為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的離散采樣位置矢量；

V_SX(t_i),V_SY(t_i),V_SZ(t_i)分別為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的離散采樣速度矢量；

1-2.構(gòu)建離散采樣衛(wèi)星位置矢量R_S(t_i)的三次多項式擬合軌道方程：

構(gòu)建離散采樣衛(wèi)星速度矢量V_S(t_i)的三次多項式擬合軌道方程：

式中，(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)為三次多項式擬合軌道方程的擬合參數(shù)；

1-3.根據(jù)R_S(t_i)及V_S(t_i)，采用最小估計二乘法求解三次多項式擬合軌道方程，得到擬合參數(shù)(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)的值；

1-4.根據(jù)擬合參數(shù)(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)的值，求得衛(wèi)星軌道任意時刻星載合成孔徑雷達的衛(wèi)星軌道任意時刻t的軌道位置矢量R_S(t)和速度矢量V_S(t)，即求得任意時刻的軌道位置坐標(x_s,y_s,z_s)和速度坐標(V_sx,V_sy,V_sz)；

其中，R_S(t)的擬合軌道方程為：

V_S(t)的擬合軌道方程為：

式中，X_S(t),Y_S(t),Z_S(t)分別為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的任意時刻t的位置矢 量；V_SX(t),V_SY(t),V_SZ(t)分別為衛(wèi)星在x軸、y軸和Z軸上的任意時刻t的速度矢量。

如圖3所示，步驟2，包括：

2-1.構(gòu)建輸電線路中的導(dǎo)線進行斜拋物線模型：

當輸電線路不平行于X軸時：

當輸電線路平行于X軸時：

式中，m、n和R為導(dǎo)線所在重力平面方程系數(shù)，r₁,r₂,r₃為導(dǎo)線在以z軸為中心的旋轉(zhuǎn)拋物面方程系數(shù)，其中g(shù)和ρ₀為導(dǎo)線相關(guān)系數(shù)參數(shù)；x，y，z為導(dǎo)線鐵塔空間坐標。

2-2.若導(dǎo)線不平行于x坐標軸，則r₁,r₂,r₃的值為：

r₂＝mr₁+n；

r₃＝z_t1-A[(x_t1-r₁)²+(y_t1-r₂)²]；

其中，n＝y(tǒng)_t1-mx_t1；x_t1,y_t1,z_t1和x_t2,y_t2,z_t2分別為所述導(dǎo)線兩端鐵塔的空間坐標；

2-3.若導(dǎo)線平行于x坐標軸，則r₁,r₂,r₃的值為：

r₁＝R；

r₃＝z_t1-A(y_t1-r₂)²。

中的求解方法包括：

根據(jù)已知導(dǎo)線的兩端鐵塔的位置坐標(x_t1,y_t1,z_t1)和(x_t2,y_t2,z_t2)，求出高差角的余弦值：

如圖4所示，步驟3，包括：

3-1.任意時刻的衛(wèi)星軌道位置坐標(x_s,y_s,z_s)和目標點位置坐標(x_p,y_p,z_p)，基于距離公式計算SAR數(shù)據(jù)中對應(yīng)的斜距r：

r²＝(x_s-x_p)²+(y_s-y_p)²+(z_s-z_p)²；

3-2.對于導(dǎo)線上的任一點，對導(dǎo)線的斜拋物線模型方程求偏導(dǎo)，獲得導(dǎo)線的方向向量

若導(dǎo)線平行于X軸，則方向向量為(0,1,2A(y-r₂))；

若導(dǎo)線不平行于X軸，

則方向向量為(1,m,2A(x-r₁)+2mA(mx+n-r₂))；

3-3.利用入射向量和導(dǎo)線方向向量基于空間幾何夾角公式計算導(dǎo)線的入射角θ：

式中，雷達電磁波的入射向量

如圖5所示，步驟4，包括：

4-1.根據(jù)導(dǎo)線的入射角θ，構(gòu)建雷達輻射區(qū)域點目標散射模型：

e＝σ₀(cosθ)²；

式中，e為雷達輻射區(qū)域點目標散射模型，σ₀為后向散射系數(shù)，θ為雷達照射目標區(qū)域入射角；

4-2.確定仿真數(shù)據(jù)星載SAR相關(guān)參數(shù)；

4-3.構(gòu)建雷達輻射區(qū)域?qū)Ь€計算模型；

對于給定時刻t衛(wèi)星平臺位置(X_S(t),Y_S(t),Z_S(t))^T及正側(cè)視中心導(dǎo)線位置坐標(x_p,y_p,z_p)^T，確定雷達輻射帶寬范圍內(nèi)的導(dǎo)線坐標為：

[(x_p-,y_p-,z_p-)^T,(x_p+,y_p+,z_p+)^T]；

4-4.計算并疊加雷達輻射帶寬區(qū)域所有導(dǎo)線上的點目標的輻射能量值，生成對應(yīng)的導(dǎo)線目標中心點位置輻射能量值。

其中，相關(guān)參數(shù)包括衛(wèi)星飛行高度約為、輻射波長、波束寬度方位向、距離向、在方位向輻射寬度及輻射分辨率。

如圖6所示，步驟5，包括：

5-1.采用光學(xué)灰度圖像作為導(dǎo)線區(qū)域背景，對圖像疊加高斯乘性噪聲模擬SAR圖像；

5-2.基于斜距確定導(dǎo)線目標在背景圖像中的坐標位置，合并背景區(qū)域和導(dǎo)線目標仿 真能量值，生成仿真圖像。

如圖7所示，本發(fā)明提供一種輸電線路在星載合成孔徑雷達成像中的電磁仿真方法的應(yīng)用例，具體為：

(一)衛(wèi)星軌道狀態(tài)矢量多項式擬合計算

1)從衛(wèi)星雷達數(shù)據(jù)頭文件中讀取衛(wèi)星軌道狀態(tài)矢量；

為了擬合計算目標圖像成像時刻的衛(wèi)星軌道，我們需要衛(wèi)星平臺提供至少5個點的衛(wèi)星狀態(tài)矢量，包括位置和速度矢量以及其對應(yīng)的時刻，為此我們從衛(wèi)星雷達數(shù)據(jù)頭文件中讀取衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量，分別用衛(wèi)星位置矢量

R_S(t_i)＝(X_S(t_i),Y_S(t_i),Z_S(t_i))^T和速度矢量V_S(t_i)＝(V_SX(t_i),V_SY(t_i),V_SZ(t_i))^T表示,

其中t_i(i＝1,2,…,n)為離散采樣點對應(yīng)的時間；

2)多項式擬合參數(shù)確定

構(gòu)建三次多項式擬合軌道方程，其表達式為：

其中，(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)為軌道多項式擬合參數(shù)，利用離散衛(wèi)星軌道離散采樣狀態(tài)矢量R_S(t_i)和V_S(t_i)，采用最小二乘法估計解算這些待定參數(shù)；

3)衛(wèi)星軌道任意時刻t軌道狀態(tài)矢量計算

通過步驟2)中計算的(a₀,a₁,a₂,a₃,b₀,b₁,b₂,b₃,c₀,c₁,c₂,c₃)，精確擬合t時刻的衛(wèi)星狀態(tài)矢量R_S(t)和V_S(t)，其中

(二)導(dǎo)線三維建模及精確計算

1)基于斜拋物線模型的導(dǎo)線位置矢量精確計算

在保證計算精度的前提下，用斜拋物線模型簡化計算導(dǎo)線空間位置。其建模方程為，

(如果導(dǎo)線不平行x軸)

特殊情況下，

(如果導(dǎo)線平行x軸)

式中，m，n和R為導(dǎo)線所在重力平面方程系數(shù)，r₁,r₂,r₃為導(dǎo)線在以z軸為中心的旋轉(zhuǎn)拋物面方程系數(shù)，其中g(shù)和ρ₀為導(dǎo)線相關(guān)系數(shù)參數(shù)，不同輸電線路都有先驗值或者可以實時測量。那么，已知導(dǎo)線兩端鐵塔的位置坐標(x_t1,y_t1,z_t1)和(x_t2,y_t2,z_t2)，則可以求出高差角的余弦值。

當導(dǎo)線不平行于x坐標軸的時候；n＝y(tǒng)_t1-mx_t1，

r₂＝mr₁+n，r₃＝z_t1-A[(x_t1-r₁)²+(y_t1-r₂)²]

當導(dǎo)線平行于x坐標軸的時候；

(三)SAR幾何構(gòu)像和散射模型建模計算

1)斜距計算

成孔徑雷達雷達成像方式與光學(xué)成像不一樣，SAR成像為等斜距成像，分辨率反應(yīng)在斜距上，只能區(qū)分不同距離目標的回波信號。

其簡化距離公式為：

r²＝(x_s-x_p)²+(y_s-y_p)²+(z_s-z_p)²

式中(x_s,y_s,z_s)為衛(wèi)星軌道位置坐標，(x_p,y_p,z_p)為目標點位置坐標。

2)對于導(dǎo)線任一點，基于導(dǎo)線三維建模，對導(dǎo)線建模方程求偏導(dǎo)，獲得導(dǎo)線的方向向量：(0,1,2A(y-r₂))(導(dǎo)線平行x軸)或者(1,m,2A(x-r₁)+2mA(mx+n-r₂))(導(dǎo)線不平行x軸)

3)計算導(dǎo)線入射角θ

關(guān)于入射角θ的計算，我們引入空間幾何計算方法，在三維空間中兩條直線的夾角可以用公式：

式中為雷達電磁波入射向量，為對應(yīng)導(dǎo)線點的方向向量， 或者

(四)導(dǎo)線點目標雷達輻射建模計算

1)雷達輻射區(qū)域點目標散射模型為e＝σ₀(cosθ)²，式中σ₀為后向散射系數(shù)，θ為雷達照射目標區(qū)域入射角；

2)仿真數(shù)據(jù)星載SAR相關(guān)參數(shù)確定

以經(jīng)典星載SAR條帶模式為例分析，參考德國TerraSAR-X衛(wèi)星相關(guān)參數(shù)，飛行高度約為514km，輻射波長為3.2cm，波束寬度方位向0.33°和距離向2.3°，在方位向輻射寬度為2000-3000m，輻射分辨率1-3m；所以本仿真算法選取與TerraSAR-X相同參數(shù)，方位向輻射寬度為2000m，輻射分辨率1m；

3)雷達輻射區(qū)域?qū)Ь€計算模型

對于給定時刻t衛(wèi)星平臺位置(X_S(t),Y_S(t),Z_S(t))^T，及正側(cè)視中心導(dǎo)線位置坐標(x_p,y_p,z_p)^T，確定其輻射帶寬范圍內(nèi)的導(dǎo)線坐標[(x_p-,y_p-,z_p-)^T,(x_p+,y_p+,z_p+)^T]，分別計算1m間隔采樣點集所有點的入射角和后向散射系數(shù)，基于入射角大于等于89°的采樣點進行輻射能量疊加，生成該時刻對應(yīng)的導(dǎo)線目標位置輻射能量值；

(五)仿真區(qū)域背景生成

1)采用光學(xué)灰度圖像作為導(dǎo)線區(qū)域背景，對圖像疊加高斯乘性噪聲模擬SAR圖像；

2)基于斜距確定導(dǎo)線目標在背景圖像中的坐標位置，合并背景區(qū)域和導(dǎo)線目標仿真能量值，生成仿真圖像；

至此輸電線路導(dǎo)線區(qū)域電磁輻射能量值計算完畢，獲得了較為理想的導(dǎo)線區(qū)域仿真SAR圖像，完成了本發(fā)明技術(shù)的所有步驟。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均 在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。