CN115407337B - 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法 - Google Patents

一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115407337B
CN115407337B CN202211352592.4A CN202211352592A CN115407337B CN 115407337 B CN115407337 B CN 115407337B CN 202211352592 A CN202211352592 A CN 202211352592A CN 115407337 B CN115407337 B CN 115407337B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
time window
dimensional
ship
scattering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211352592.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115407337A (zh
Inventor
周鹏
郑佳辉
曹楚文
李谕汝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN202211352592.4A priority Critical patent/CN115407337B/zh
Publication of CN115407337A publication Critical patent/CN115407337A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115407337B publication Critical patent/CN115407337B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9064—Inverse SAR [ISAR]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，属于摄影测量学技术领域，用于船只目标成像，首先利用基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法分别对InISAR系统三天线回波信号的时间窗进行选择，然后提出了基于有效旋转矢量角度估计的二次时间窗选择算法从三个时间窗中选择出最佳的成像时间窗，最后将其InISAR回波信号通过干涉成像技术可获得具有高重构精度的船只目标三维图像。仿真实验表明，二次选择出来的时间窗相较于第二次未被选中的时间窗与传统方法选择出来的时间窗均具有更高的重构精度，证明了本发明所提方法的有效性与优越性。

Description

一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法
技术领域
本发明公开一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，属于摄影测量学技术领域。
背景技术
传统的逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR）成像技术只能获取目标在成像平面的二维投影，存在着几何失真、方位向定标难与图像投影平面未知等问题，易对实际目标的外形特征实现错误的判别。ISAR三维成像技术能够直接反映目标在空间中的三维结构，因此成为提高目标识别能力的一种极为有效的技术途径。其中，干涉逆合成孔径雷达（Interferometric Inverse Synthetic Aperture Radar，InISAR）的系统和信号处理都比较容易实现，得到了研究学者们广泛的关注。一般来说，获得清晰的ISAR二维图像是高质量InISAR三维成像的关键。对于复杂运动的船只目标，传统的距离-多普勒（Range-Doppler，RD）成像算法得到的ISAR图像中散射点将会出现散焦的问题，进而对InISAR三维成像的质量造成不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，以解决现有技术中，ISAR图像三维成像质量低的问题。
一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，包括：
S1.对三天线的回波信号分别进行距离压缩、运动补偿与图像配准，然后将天线
Figure 246911DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 503449DEST_PATH_IMAGE002
的信号分别以天线
Figure 638895DEST_PATH_IMAGE003
的信号为基准进行图像配准；
S2.利用基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法分别得到三天线回波信 号的时间窗，并分别命名为时间窗
Figure 514447DEST_PATH_IMAGE003
、时间窗
Figure 933796DEST_PATH_IMAGE001
与时间窗
Figure 111968DEST_PATH_IMAGE002
，即完成了InISAR系统回波信号时 间窗的第一次选择；
S3.对每个时间窗对应的
Figure 124923DEST_PATH_IMAGE004
进行估计，并选出
Figure 663221DEST_PATH_IMAGE004
最接近于
Figure 687809DEST_PATH_IMAGE006
的时间窗，即完成 了InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择；
S4.利用第二次所选时间窗的InISAR回波信号进行干涉三维成像，获得高重构精度的船只InISAR三维图像。
S1包括：采用“L型”三天线结构的InISAR系统；
以
Figure 895936DEST_PATH_IMAGE008
为原点建立雷达坐标系
Figure 258172DEST_PATH_IMAGE009
，收发天线
Figure 475527DEST_PATH_IMAGE010
位于原点
Figure 89042DEST_PATH_IMAGE012
，接收天线
Figure 123863DEST_PATH_IMAGE013
与
Figure 580252DEST_PATH_IMAGE002
分别位于
Figure 476664DEST_PATH_IMAGE015
轴与
Figure 725111DEST_PATH_IMAGE016
轴，
Figure 806200DEST_PATH_IMAGE017
与
Figure 890830DEST_PATH_IMAGE018
分别表示为InISAR系统的水平基线与竖直基线，长度均为
Figure 574621DEST_PATH_IMAGE019
；
以
Figure 428308DEST_PATH_IMAGE020
为原点建立参考坐标系
Figure 680298DEST_PATH_IMAGE021
与目标坐标系
Figure 504422DEST_PATH_IMAGE022
，参考坐标系
Figure 742636DEST_PATH_IMAGE023
的三个坐标轴与雷达坐标系
Figure 309884DEST_PATH_IMAGE025
的三个坐标轴互相平行；
目标坐标系
Figure 857409DEST_PATH_IMAGE026
随着目标的运动而变化，
Figure 385473DEST_PATH_IMAGE027
表示为目标的航行速度，
Figure 286433DEST_PATH_IMAGE028
表示 为目标上的任意散射点，其中，
Figure 98400DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 426613DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 441974DEST_PATH_IMAGE032
分别表示船只的侧摆，俯仰与偏航，三者产生的角 运动矢量为
Figure 146625DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 78677DEST_PATH_IMAGE034
表示为船只的有效旋转矢量，它是
Figure 453158DEST_PATH_IMAGE035
在雷达视线方向的垂直平 面上的投影，
Figure 80448DEST_PATH_IMAGE036
是
Figure 716354DEST_PATH_IMAGE037
的模量，
Figure 50383DEST_PATH_IMAGE039
表示为
Figure 376191DEST_PATH_IMAGE040
偏离
Figure 631723DEST_PATH_IMAGE041
轴的角度，即有效旋转矢量角 度；
InISAR系统中多通道的回波信号经过距离压缩、运动补偿与图像配准后，在方位时间-距离频率域中分别表示为
Figure 68389DEST_PATH_IMAGE042
其中，
Figure 725767DEST_PATH_IMAGE043
是方位时间，
Figure 222476DEST_PATH_IMAGE044
是距离频率，
Figure 824359DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 549869DEST_PATH_IMAGE046
是总成像时间，
Figure 263352DEST_PATH_IMAGE047
是载 波频率，
Figure 196542DEST_PATH_IMAGE048
是信号带宽，
Figure 348038DEST_PATH_IMAGE049
是光的传播速度，
Figure 595348DEST_PATH_IMAGE050
代表起始时刻天线
Figure 492897DEST_PATH_IMAGE051
到
Figure 68760DEST_PATH_IMAGE052
点的 距离，
Figure 520601DEST_PATH_IMAGE053
代表起始时刻天线
Figure 712548DEST_PATH_IMAGE054
视线方向的单位矢量，
Figure 854816DEST_PATH_IMAGE055
代表散射 点
Figure 864229DEST_PATH_IMAGE028
到
Figure 928000DEST_PATH_IMAGE056
点的矢量，
Figure 799004DEST_PATH_IMAGE057
是散射点
Figure 123675DEST_PATH_IMAGE058
的归一化雷达散射截面RCS，
Figure 54722DEST_PATH_IMAGE059
是一个复杂的 函数；
对（1）、（2）、（3）的离散形式进行逆傅里叶变换，得到三天线的ISAR图像：
Figure 605789DEST_PATH_IMAGE060
Figure 532681DEST_PATH_IMAGE061
（4）；
其中，
Figure 993750DEST_PATH_IMAGE062
是距离时间，
Figure 79386DEST_PATH_IMAGE063
是天线
Figure 258695DEST_PATH_IMAGE054
与散射点
Figure 330556DEST_PATH_IMAGE058
之间的时延时间，
Figure 214505DEST_PATH_IMAGE064
是天线
Figure 752934DEST_PATH_IMAGE054
回波信号 中散射点
Figure 13014DEST_PATH_IMAGE058
的RCS，
Figure 547288DEST_PATH_IMAGE065
是
Figure 717369DEST_PATH_IMAGE066
在天线
Figure 144809DEST_PATH_IMAGE054
视线方向上的投影长度，相位项
Figure 33130DEST_PATH_IMAGE067
包含散射点
Figure 837007DEST_PATH_IMAGE058
的多普勒信息，当船只有效旋转矢量保持不变时，天 线
Figure 127174DEST_PATH_IMAGE054
回波信号中的散射点
Figure 866460DEST_PATH_IMAGE058
的多普勒频率近似不变，此时直接对多通道的回波信号进行RD成 像；
从（1）、（2）、（3）中提取出散射点的相位信息，如下：
Figure 291013DEST_PATH_IMAGE068
对三天线的ISAR图像沿两条基线分别进行干涉处理得到船只目标的三维图像，对
Figure 898580DEST_PATH_IMAGE069
与
Figure 777675DEST_PATH_IMAGE070
进行干涉处理得到目标散射点沿
Figure 422283DEST_PATH_IMAGE072
轴方向的干涉相位：
Figure 268885DEST_PATH_IMAGE073
Figure 165297DEST_PATH_IMAGE074
（8）;
其中，
Figure 289110DEST_PATH_IMAGE076
表示初始时刻天线
Figure 229253DEST_PATH_IMAGE054
与散射点
Figure 579463DEST_PATH_IMAGE077
之间的距离，
Figure 531763DEST_PATH_IMAGE078
表示对ISAR图像取复共 轭，
Figure 651029DEST_PATH_IMAGE079
表示提取相位信息，且
Figure 637440DEST_PATH_IMAGE080
表示为：
Figure 458634DEST_PATH_IMAGE081
（9）；
将（9）代入到（8）中得到散射点
Figure 696848DEST_PATH_IMAGE082
沿
Figure 919888DEST_PATH_IMAGE084
轴方向的坐标：
Figure 483725DEST_PATH_IMAGE085
（10）；
同理，对
Figure 526636DEST_PATH_IMAGE086
与
Figure 834121DEST_PATH_IMAGE087
进行干涉处理得到散射点
Figure 787033DEST_PATH_IMAGE082
沿
Figure 520108DEST_PATH_IMAGE088
轴方向的坐标：
Figure 66627DEST_PATH_IMAGE089
（11）；
远场条件下，散射点
Figure 630332DEST_PATH_IMAGE090
在
Figure 437751DEST_PATH_IMAGE091
轴上的坐标通过ISAR图像中的距离信息获得，结合
Figure 77811DEST_PATH_IMAGE092
与
Figure 95314DEST_PATH_IMAGE093
即得到散射点
Figure 479022DEST_PATH_IMAGE090
在
Figure 140948DEST_PATH_IMAGE095
坐标系下的三维坐标，对船只目标上的所有散射点均进行 上述处理，最终实现船只目标的InISAR三维成像。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.1.船只目标的三维摆动近似为随时间的周期变化，故
Figure 466756DEST_PATH_IMAGE096
时刻三个旋转角度随时 间的变化分别表示为
Figure 722288DEST_PATH_IMAGE097
（12），其中，
Figure 896305DEST_PATH_IMAGE098
为角运动幅度的 最大值，
Figure 412737DEST_PATH_IMAGE099
为旋转周期，
Figure 660178DEST_PATH_IMAGE100
为初始角度，对（12）求导得到船只三轴旋转的角速度，表示为：
Figure 386695DEST_PATH_IMAGE101
（13）。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.2由目标旋转引起的关于散射点
Figure 299156DEST_PATH_IMAGE102
的多普勒频率由下式给出：
Figure 670094DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 88437DEST_PATH_IMAGE104
（14），
其中，
Figure 803715DEST_PATH_IMAGE105
为
Figure 215805DEST_PATH_IMAGE106
时刻散射点
Figure 831463DEST_PATH_IMAGE102
的坐标，
Figure 279762DEST_PATH_IMAGE107
代表雷达视线方向上 的单位矢量，由
Figure 731603DEST_PATH_IMAGE108
表示，在远场条件下不同雷达的
Figure 48184DEST_PATH_IMAGE109
被认为是近似相等的，由 （14）知，散射点的多普勒频率变化主要取决于散射点位置的变化。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.3.对ISAR回波信号中较强距离单元中的散射点进行搜索，并利用压缩感知算法对多个散射点在短时间段内回波信号的瞬时多普勒频率与调频率进行估计，然后对短时间段估计出来的数据进行关联，即估计出多散射点在整个成像时间段的瞬时多普勒频率，第一次的时间窗选择采用的策略是在满足高聚焦质量条件的基础上，获得能够允许积累最大时长的成像时间窗。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.4.在雷达
Figure 659294DEST_PATH_IMAGE110
接收到的回波信号中提取索引为
Figure 153860DEST_PATH_IMAGE111
距离单元中的 散射点
Figure 607844DEST_PATH_IMAGE112
，计算散射点
Figure 213269DEST_PATH_IMAGE114
在所有方位时刻所允许积累的时长，
Figure 678885DEST_PATH_IMAGE115
定义为整个观测时间内的任意离散方位时刻，对每个离散方位时刻 进行搜索，直到两个时刻对应的多普勒分辨率刚好不超过所期望的多普勒分辨率
Figure 862129DEST_PATH_IMAGE116
时，将 时间差定义为
Figure 944355DEST_PATH_IMAGE117
，重复上述过程，直到获取全部方位时刻对应的
Figure 619050DEST_PATH_IMAGE118
个较强距离单 元中所有散射点允许积累的时长，通过“高聚焦质量”的条件对第
Figure 329386DEST_PATH_IMAGE119
个方位时刻中最小的
Figure 290388DEST_PATH_IMAGE120
进行搜索，将其作为第
Figure 938539DEST_PATH_IMAGE119
个方位时刻所允许积累的时长，保证所有散射点在该 时间段内的多普勒频率变化均不超过
Figure 10400DEST_PATH_IMAGE121
，表示为：
Figure 296281DEST_PATH_IMAGE122
（15）。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.5.通过“高方位向分辨率”的条件从
Figure 428185DEST_PATH_IMAGE124
个方位时刻分别对应的
Figure 829211DEST_PATH_IMAGE125
中选取长 度最大的，在有限的条件下使方位积累时间最长，并记为
Figure 829396DEST_PATH_IMAGE126
，起始时刻记为
Figure 999478DEST_PATH_IMAGE127
，公 式如下：
Figure 567862DEST_PATH_IMAGE128
（16），
Figure 439872DEST_PATH_IMAGE129
（17），
获取三个不同的时间窗，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择。
S3使用基于有效旋转矢量角度估计的时间窗选择，包括：
S3.1.在雷达远场正视的条件下，有效旋转矢量将会位于
Figure 728902DEST_PATH_IMAGE131
平面上，通过有效 旋转矢量的角度
Figure 878124DEST_PATH_IMAGE133
确定投影平面，进而确定船只目标做旋转运动的状态：
S3.1.1.当
Figure 744973DEST_PATH_IMAGE134
等于
Figure 855012DEST_PATH_IMAGE135
时，投影平面与
Figure 197000DEST_PATH_IMAGE136
平面平行，此时船只做偏航的一维旋转 运动，ISAR成像将会获得船只的俯视图；
S3.1.2.当
Figure 466308DEST_PATH_IMAGE134
等于
Figure 251861DEST_PATH_IMAGE138
时，投影平面与
Figure 832884DEST_PATH_IMAGE139
平面平行，此时船只做摇摆的一维旋转 运动，ISAR成像将会获得船只的正视图；
S3.1.3.当
Figure 994875DEST_PATH_IMAGE134
介于
Figure 446585DEST_PATH_IMAGE140
与
Figure 198114DEST_PATH_IMAGE138
之间时，投影平面与
Figure 282745DEST_PATH_IMAGE136
平面之间的夹角为
Figure 497694DEST_PATH_IMAGE142
，此时船 只一定做包含于偏航的二维或三维的旋转运动，ISAR成像将会获得船只的混合视图。
S3包括：
S3.2.当
Figure 351381DEST_PATH_IMAGE134
越接近于
Figure 259163DEST_PATH_IMAGE140
或
Figure 96669DEST_PATH_IMAGE138
时，说明目标此刻做的运动就越接近于一维旋转运 动，散射点之间仍然能处于互相遮挡的状态，不利于目标散射点的三维重构；当
Figure 584151DEST_PATH_IMAGE143
越接近 于
Figure 416978DEST_PATH_IMAGE145
时，说明目标此刻做的二维或三维的旋转运动是均占优的，散射点之间偏离的程度较 大，有利于目标散射点的三维重构。
S3包括：选取
Figure 373957DEST_PATH_IMAGE143
最接近于
Figure 292234DEST_PATH_IMAGE147
的时间窗作为InISAR系统的成像时间窗，表示为
Figure 599719DEST_PATH_IMAGE148
（18），
Figure 411686DEST_PATH_IMAGE149
（19），其中，
Figure 880844DEST_PATH_IMAGE150
表示InISAR系统成像时间窗所允许积 累的时长，
Figure 676631DEST_PATH_IMAGE151
则为起始时刻；
通过公式（18）与（19）从三个时间窗中挑选出InISAR系统最优的成像时间窗，完成InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择。
相对比现有技术，本发明的有益效果是，二次选择出来的时间窗相较于第二次未被选中的时间窗与传统方法选择出来的时间窗均具有更高的重构精度，并能够显现出目标更多的特征，有利于船只目标的精确识别，证明了本发明所提方法的有效性与优越性。
附图说明
图1是船只InISAR系统几何模型图；
图2是优化设计算法流程图；
图3是船只散射点三维模型；
图4是RD算法获得的ISAR图像进行的InISAR三维成像图；
图5是时间窗A的InISAR图像；
图6是时间窗B的InISAR图像；
图7是时间窗C的InISAR图像；
图8是时间窗D的船只InISAR三维图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，包括：
S1.对三天线的回波信号分别进行距离压缩、运动补偿与图像配准，然后将天线
Figure 522227DEST_PATH_IMAGE152
与
Figure 329646DEST_PATH_IMAGE153
的信号分别以天线
Figure 891078DEST_PATH_IMAGE154
的信号为基准进行图像配准；
S2.利用基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法分别得到三天线回波信 号的时间窗，并分别命名为时间窗
Figure 911511DEST_PATH_IMAGE154
、时间窗
Figure 419852DEST_PATH_IMAGE152
与时间窗
Figure 957144DEST_PATH_IMAGE153
，即完成了InISAR系统回波信号时 间窗的第一次选择；
S3.对每个时间窗对应的
Figure 17373DEST_PATH_IMAGE004
进行估计，并选出
Figure 272905DEST_PATH_IMAGE004
最接近于
Figure 53779DEST_PATH_IMAGE156
的时间窗，即完成 了InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择；
S4.利用第二次所选时间窗的InISAR回波信号进行干涉三维成像，获得高重构精度的船只InISAR三维图像。
S1包括：采用“L型”三天线结构的InISAR系统；
以
Figure 960424DEST_PATH_IMAGE158
为原点建立雷达坐标系
Figure 801341DEST_PATH_IMAGE159
，收发天线
Figure 124263DEST_PATH_IMAGE154
位于原点
Figure 849773DEST_PATH_IMAGE161
，接收天线
Figure 345345DEST_PATH_IMAGE162
与
Figure 357164DEST_PATH_IMAGE153
分别位于
Figure 321709DEST_PATH_IMAGE164
轴与
Figure 709965DEST_PATH_IMAGE165
轴，
Figure 325623DEST_PATH_IMAGE166
与
Figure 649288DEST_PATH_IMAGE167
分别表示为InISAR系统的水平基线与竖直基线，长度均为
Figure 615976DEST_PATH_IMAGE168
；
以
Figure 542343DEST_PATH_IMAGE169
为原点建立参考坐标系
Figure 763240DEST_PATH_IMAGE170
与目标坐标系
Figure 763864DEST_PATH_IMAGE171
，参考坐标系
Figure 827635DEST_PATH_IMAGE172
的三个坐标轴与雷达坐标系
Figure 698639DEST_PATH_IMAGE025
的三个坐标轴互相平行；
目标坐标系
Figure 757731DEST_PATH_IMAGE173
随着目标的运动而变化，
Figure 813412DEST_PATH_IMAGE174
表示为目标的航行速度，
Figure 974266DEST_PATH_IMAGE175
表示 为目标上的任意散射点，其中，
Figure 242436DEST_PATH_IMAGE176
，
Figure 687193DEST_PATH_IMAGE178
，
Figure 320300DEST_PATH_IMAGE179
分别表示船只的侧摆，俯仰与偏航，三者产生的角 运动矢量为
Figure 217717DEST_PATH_IMAGE180
，
Figure 696103DEST_PATH_IMAGE181
表示为船只的有效旋转矢量，它是
Figure 529454DEST_PATH_IMAGE182
在雷达视线方向的垂直平 面上的投影，
Figure 536725DEST_PATH_IMAGE184
表示为
Figure 187018DEST_PATH_IMAGE185
偏离
Figure 62570DEST_PATH_IMAGE186
轴的角度，即有效旋转矢量角度；
InISAR系统中多通道的回波信号经过距离压缩、运动补偿与图像配准后，在方位时间-距离频率域中分别表示为
Figure 498230DEST_PATH_IMAGE187
其中，
Figure 925670DEST_PATH_IMAGE188
是方位时间，
Figure 735363DEST_PATH_IMAGE189
是距离频率，
Figure 555551DEST_PATH_IMAGE190
，
Figure 704773DEST_PATH_IMAGE191
是总成像时间，
Figure 571622DEST_PATH_IMAGE192
是载 波频率，
Figure 681660DEST_PATH_IMAGE193
是信号带宽，
Figure 633436DEST_PATH_IMAGE194
是光的传播速度，
Figure 27377DEST_PATH_IMAGE195
代表起始时刻天线
Figure 547351DEST_PATH_IMAGE196
到
Figure 659533DEST_PATH_IMAGE197
点的 距离，
Figure 414999DEST_PATH_IMAGE198
代表起始时刻天线
Figure 679758DEST_PATH_IMAGE199
视线方向的单位矢量，
Figure 885481DEST_PATH_IMAGE055
代表散射 点
Figure 704532DEST_PATH_IMAGE175
到
Figure 263689DEST_PATH_IMAGE200
点的矢量，
Figure 369573DEST_PATH_IMAGE201
是散射点
Figure 231350DEST_PATH_IMAGE202
的归一化雷达散射截面RCS，
Figure 927910DEST_PATH_IMAGE203
是一个复杂 的函数；
对（1）、（2）、（3）的离散形式进行逆傅里叶变换，得到三天线的ISAR图像：
Figure 415392DEST_PATH_IMAGE204
Figure 123585DEST_PATH_IMAGE061
（4）；
其中，
Figure 671110DEST_PATH_IMAGE062
是距离时间，
Figure 589388DEST_PATH_IMAGE205
是天线
Figure 631293DEST_PATH_IMAGE199
与散射点
Figure 708839DEST_PATH_IMAGE202
之间的时延时间，
Figure 443577DEST_PATH_IMAGE206
是天线
Figure 254012DEST_PATH_IMAGE199
回波信号 中散射点
Figure 896346DEST_PATH_IMAGE202
的RCS，
Figure 828399DEST_PATH_IMAGE065
是
Figure 734038DEST_PATH_IMAGE207
在天线
Figure 17121DEST_PATH_IMAGE199
视线方向上的投影长度，相位项
Figure 135249DEST_PATH_IMAGE067
包含散射点
Figure 187388DEST_PATH_IMAGE202
的多普勒信息，当船只有效旋转矢量保持不变时，天 线
Figure 857404DEST_PATH_IMAGE199
回波信号中的散射点
Figure 378515DEST_PATH_IMAGE202
的多普勒频率近似不变，此时直接对多通道的回波信号进行RD成 像；
从（1）、（2）、（3）中提取出散射点的相位信息，如下：
Figure 893810DEST_PATH_IMAGE208
对三天线的ISAR图像沿两条基线分别进行干涉处理得到船只目标的三维图像，对
Figure 209909DEST_PATH_IMAGE209
与
Figure 316405DEST_PATH_IMAGE210
进行干涉处理得到目标散射点沿
Figure 42922DEST_PATH_IMAGE212
轴方向的干涉相位：
Figure 768432DEST_PATH_IMAGE213
Figure 139371DEST_PATH_IMAGE214
（8）;
其中，
Figure 275823DEST_PATH_IMAGE216
表示初始时刻天线
Figure 99423DEST_PATH_IMAGE217
与散射点
Figure 628624DEST_PATH_IMAGE218
之间的距离，
Figure 244282DEST_PATH_IMAGE219
表示对ISAR图像取复共 轭，
Figure 427002DEST_PATH_IMAGE220
表示提取相位信息，且
Figure 878843DEST_PATH_IMAGE221
表示为：
Figure 805210DEST_PATH_IMAGE222
（9）；
将（9）代入到（8）中得到散射点
Figure 278305DEST_PATH_IMAGE223
沿
Figure 897505DEST_PATH_IMAGE225
轴方向的坐标：
Figure 571063DEST_PATH_IMAGE085
（10）；
同理，对
Figure 35542DEST_PATH_IMAGE226
与
Figure 360213DEST_PATH_IMAGE227
进行干涉处理得到散射点
Figure 291260DEST_PATH_IMAGE223
沿
Figure 311168DEST_PATH_IMAGE228
轴方向的坐标：
Figure 500710DEST_PATH_IMAGE089
（11）；
远场条件下，散射点
Figure 430620DEST_PATH_IMAGE229
在
Figure 391623DEST_PATH_IMAGE230
轴上的坐标通过ISAR图像中的距离信息获得，结合
Figure 554620DEST_PATH_IMAGE231
与
Figure 767426DEST_PATH_IMAGE232
即得到散射点
Figure 676477DEST_PATH_IMAGE229
在
Figure 935944DEST_PATH_IMAGE233
坐标系下的三维坐标，对船只目标上的所有散射点均进行 上述处理，最终实现船只目标的InISAR三维成像。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.1.船只目标的三维摆动近似为随时间的周期变化，故
Figure 71390DEST_PATH_IMAGE234
时刻三个旋转角度随时 间的变化分别表示为
Figure 212522DEST_PATH_IMAGE235
（12），其中，
Figure 366291DEST_PATH_IMAGE236
为角运动幅度的 最大值，
Figure 544463DEST_PATH_IMAGE099
为旋转周期，
Figure 557418DEST_PATH_IMAGE237
为初始角度，对（12）求导得到船只三轴旋转的角速度，表示为：
Figure 361295DEST_PATH_IMAGE238
（13）。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.2由目标旋转引起的关于散射点
Figure 651462DEST_PATH_IMAGE239
的多普勒频率由下式给出：
Figure 984223DEST_PATH_IMAGE240
，
Figure 359841DEST_PATH_IMAGE241
（14），
其中，
Figure 577196DEST_PATH_IMAGE242
为
Figure 696769DEST_PATH_IMAGE106
时刻散射点
Figure 341377DEST_PATH_IMAGE239
的坐标，
Figure 938711DEST_PATH_IMAGE243
代表雷达视线方向上 的单位矢量，由
Figure 818811DEST_PATH_IMAGE244
表示，在远场条件下不同雷达的
Figure 677046DEST_PATH_IMAGE245
被认为是近似相等的，由 （14）知，散射点的多普勒频率变化主要取决于散射点位置的变化。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.3.对ISAR回波信号中较强距离单元中的散射点进行搜索，并利用压缩感知算法对多个散射点在短时间段内回波信号的瞬时多普勒频率与调频率进行估计，然后对短时间段估计出来的数据进行关联，即估计出多散射点在整个成像时间段的瞬时多普勒频率，第一次的时间窗选择采用的策略是在满足高聚焦质量条件的基础上，获得能够允许积累最大时长的成像时间窗。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.4.在雷达
Figure 633501DEST_PATH_IMAGE246
接收到的回波信号中提取索引为
Figure 311607DEST_PATH_IMAGE247
距离单元中的 散射点
Figure 260977DEST_PATH_IMAGE248
，计算散射点
Figure 849084DEST_PATH_IMAGE250
在所有方位时刻所允许积累的时长，
Figure 835495DEST_PATH_IMAGE251
定义为整个观测时间内的任意离散方位时刻，对每个离散方位时刻 进行搜索，直到两个时刻对应的多普勒分辨率刚好不超过所期望的多普勒分辨率
Figure 656689DEST_PATH_IMAGE252
时，将 时间差定义为
Figure 753958DEST_PATH_IMAGE253
，重复上述过程，直到获取全部方位时刻对应的
Figure 462151DEST_PATH_IMAGE254
个较强距离单 元中所有散射点允许积累的时长，通过“高聚焦质量”的条件对第
Figure 353884DEST_PATH_IMAGE255
个方位时刻中最小的
Figure 665304DEST_PATH_IMAGE256
进行搜索，将其作为第
Figure 441630DEST_PATH_IMAGE255
个方位时刻所允许积累的时长，保证所有散射点在该 时间段内的多普勒频率变化均不超过
Figure 128963DEST_PATH_IMAGE257
，表示为：
Figure 847390DEST_PATH_IMAGE258
（15）。
S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.5.通过“高方位向分辨率”的条件从
Figure 862750DEST_PATH_IMAGE260
个方位时刻分别对应的
Figure 567401DEST_PATH_IMAGE261
中选取长 度最大的，在有限的条件下使方位积累时间最长，并记为
Figure 233874DEST_PATH_IMAGE262
，起始时刻记为
Figure 732989DEST_PATH_IMAGE263
，公 式如下：
Figure 501225DEST_PATH_IMAGE128
（16），
Figure 134200DEST_PATH_IMAGE264
（17），
获取三个不同的时间窗，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择。
S3使用基于有效旋转矢量角度估计的时间窗选择，包括：
S3.1.在雷达远场正视的条件下，有效旋转矢量将会位于
Figure 796126DEST_PATH_IMAGE266
平面上，通过有效 旋转矢量的角度
Figure 341508DEST_PATH_IMAGE268
确定投影平面，进而确定船只目标做旋转运动的状态：
S3.1.1.当
Figure 190515DEST_PATH_IMAGE269
等于
Figure 630111DEST_PATH_IMAGE270
时，投影平面与
Figure 21909DEST_PATH_IMAGE271
平面平行，此时船只做偏航的一维旋转 运动，ISAR成像将会获得船只的俯视图；
S3.1.2.当
Figure 862826DEST_PATH_IMAGE269
等于
Figure 589343DEST_PATH_IMAGE273
时，投影平面与
Figure DEST_PATH_IMAGE274
平面平行，此时船只做摇摆的一维旋转 运动，ISAR成像将会获得船只的正视图；
S3.1.3.当
Figure 846012DEST_PATH_IMAGE269
介于
Figure DEST_PATH_IMAGE275
与
Figure DEST_PATH_IMAGE276
之间时，投影平面与
Figure DEST_PATH_IMAGE277
平面之间的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE278
，此时船 只一定做包含于偏航的二维或三维的旋转运动，ISAR成像将会获得船只的混合视图。
S3包括：
S3.2.当
Figure 731797DEST_PATH_IMAGE269
越接近于
Figure 743616DEST_PATH_IMAGE275
或
Figure 973740DEST_PATH_IMAGE276
时，说明目标此刻做的运动就越接近于一维旋转运 动，散射点之间仍然能处于互相遮挡的状态，不利于目标散射点的三维重构；当
Figure DEST_PATH_IMAGE279
越接近 于
Figure DEST_PATH_IMAGE281
时，说明目标此刻做的二维或三维的旋转运动是均占优的，散射点之间偏离的程度较 大，有利于目标散射点的三维重构。
S3包括：选取
Figure 427242DEST_PATH_IMAGE279
最接近于
Figure DEST_PATH_IMAGE283
的时间窗作为InISAR系统的成像时间窗，表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE284
（18），
Figure DEST_PATH_IMAGE285
（19），其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE286
表示InISAR系统成像时间窗所允许积 累的时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE287
则为起始时刻；
通过公式（18）与（19）从三个时间窗中挑选出InISAR系统最优的成像时间窗，完成InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择。
船只目标成像系统几何模型如图1所示，本发明的流程如图2所示，下面通过点目 标仿真数据的处理对文中算法的有效性进行验证说明。船只目标散射点三维模型如图3所 示，共64个目标散射点。船只在海面上做三维转动的参数设置如表1所示。成像起始时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE288
点在
Figure DEST_PATH_IMAGE289
坐标系下的坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE290
，且雷达坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE291
与目标坐标 系
Figure DEST_PATH_IMAGE292
之间的初始夹角分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE293
，
Figure DEST_PATH_IMAGE294
，
Figure DEST_PATH_IMAGE295
。InISAR系统成像参数设 置如表2所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE296
通过传统的RD算法获得的船只目标ISAR二维图像中，船只复杂的三维转动导致了散射点在方位向上出现了严重的散焦问题。若利用RD算法获得的ISAR图像进行InISAR三维成像，即使获得了船只目标的三维图像，但也会出现大量的虚警散射点与较大的重构误差等问题，如图4所示。
通过基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法能够获得天线
Figure DEST_PATH_IMAGE297
、
Figure DEST_PATH_IMAGE298
与
Figure DEST_PATH_IMAGE299
回波 信号的时间窗，分别为[0.936s，1.188s]、[0.216s，0.452s]与[2.816s，3.096s]，即完成了 InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择。分别为通过上述三个时间窗获得ISAR图像，三 幅ISAR图像均满足高聚焦与高方位向分辨率的条件。利用有效旋转矢量角度估计的方法得 到三个时间窗分别对应的
Figure DEST_PATH_IMAGE301
，为
Figure DEST_PATH_IMAGE302
、
Figure DEST_PATH_IMAGE303
与
Figure DEST_PATH_IMAGE304
，知三幅ISAR图像均是混合视图。由上文 知时间窗
Figure 995232DEST_PATH_IMAGE298
是InISAR系统回波信号时间窗第二次选择出来的结果。为了更好的展示本发明 所提方法的有效性，分别将三个时间窗的ISAR图像用于船只目标的InISAR三维成像，成像 结果如图5、图6与图7所示，通过人眼大致看出时间窗
Figure 584476DEST_PATH_IMAGE298
的三维成像效果更好一些。此外，为 了定量分析三个时间窗的成像效果，本发明采用了公式（20）定义的品质因数（Figure of Merit，FOM）以及真实散射点与重构散射点之间的平均欧几里得距离误差[15]对三维成像中 目标散射点的重构精度进行综合的衡量（FOM优先，平均欧几里得距离误差次之）。
Figure DEST_PATH_IMAGE305
（20）
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE307
是检测到的目标散射点个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE308
是真实的目标散射点个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE309
是虚警目 标散射点个数。品质因数体现出真实目标散射点能够被正确检测出来的数量，这个数值越 接近于
Figure DEST_PATH_IMAGE311
，代表成像重构精度越高。真实散射点与重构散射点的匹配规则为：以其中一个真 实散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE312
为例，逐个对所有重构散射点进行搜索，计算它们与真实散射点
Figure 865678DEST_PATH_IMAGE312
之间的欧几里 得距离，选取欧几里得距离最小且小于5m的重构散射点与真实散射点
Figure 447838DEST_PATH_IMAGE312
进行匹配，直到所有 真实散射点搜索完毕。其中，没有匹配到的真实散射点称为漏检散射点且没有匹配到的重 构散射点称为虚警散射点。
船只InISAR三维图像目标散射点检测数量、品质因数与平均欧几里得距离误差等 结果如表3所示。由品质因数计算的结果看出，相比于时间窗
Figure 934314DEST_PATH_IMAGE297
、时间窗
Figure 678148DEST_PATH_IMAGE299
，时间窗
Figure 476340DEST_PATH_IMAGE298
的船只 InISAR三维图像中目标更多的特征得以表现，具有最高的重构精度，证明了本发明所提方 法的有效性。
对InISAR系统的时间窗进行估计，为[4.899s，5.599s]，并将其命名为时间窗
Figure DEST_PATH_IMAGE313
。利 用干涉方法获取船只目标的InISAR三维图像，如图8所示。很明显，由于没有对时间窗实现 进一步的选择，导致船只目标部分散射点分离并不理想。表3显示了三维图像中被检测到的 散射点个数较少，证明了船只目标特征的三维重构精度不高，进而证明了本发明方法的优 越性。
Figure DEST_PATH_IMAGE314
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，包括：
S1.对三天线的回波信号分别进行距离压缩、运动补偿与图像配准，然后将天线
Figure DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的信号分别以天线
Figure DEST_PATH_IMAGE003
的信号为基准进行图像配准；
S2.利用基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法分别得到三天线回波信号的时间窗，并分别命名为时间窗
Figure 517269DEST_PATH_IMAGE003
、时间窗
Figure DEST_PATH_IMAGE004
与时间窗
Figure 293464DEST_PATH_IMAGE002
，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择；
S3.对每个时间窗对应的
Figure DEST_PATH_IMAGE005
进行估计，并选出
Figure 666677DEST_PATH_IMAGE005
最接近于
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的时间窗，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择；
S4.利用第二次所选时间窗的InISAR回波信号进行干涉三维成像，获得高重构精度的船只InISAR三维图像；
S1包括：采用“L型”三天线结构的InISAR系统；
以
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为原点建立雷达坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，收发天线
Figure 219143DEST_PATH_IMAGE003
位于原点
Figure 564674DEST_PATH_IMAGE007
，接收天线
Figure DEST_PATH_IMAGE009
与
Figure 1516DEST_PATH_IMAGE002
分别位于
Figure DEST_PATH_IMAGE010
轴与
Figure DEST_PATH_IMAGE011
轴，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
与
Figure DEST_PATH_IMAGE013
分别表示为InISAR系统的水平基线与竖直基线，长度均为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
以
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为原点建立参考坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE016
与目标坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，参考坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE018
的三个坐标轴与雷达坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE019
的三个坐标轴互相平行；
目标坐标系
Figure DEST_PATH_IMAGE020
随着目标的运动而变化，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示为目标的航行速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示为目标上的任意散射点，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
分别表示船只的侧摆，俯仰与偏航，三者产生的角运动矢量为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
表示为船只的有效旋转矢量，它是
Figure DEST_PATH_IMAGE028
在雷达视线方向的垂直平面上的投影，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE030
偏离
Figure DEST_PATH_IMAGE031
轴的角度，即有效旋转矢量角度；
InISAR系统中多通道的回波信号经过距离压缩、运动补偿与图像配准后，在方位时间-距离频率域中分别表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
是方位时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
是距离频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
是总成像时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
是载波频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
是信号带宽，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
是光的传播速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
代表起始时刻天线
Figure DEST_PATH_IMAGE041
到
Figure DEST_PATH_IMAGE042
点的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
代表起始时刻天线
Figure DEST_PATH_IMAGE044
视线方向的单位矢量，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
代表散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE046
到
Figure DEST_PATH_IMAGE047
点的矢量，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
是散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE049
的归一化雷达散射截面RCS，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
是一个复杂的函数；
对（1）、（2）、（3）的离散形式进行逆傅里叶变换，得到三天线的ISAR图像：
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure DEST_PATH_IMAGE052
（4）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
是距离时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
是天线
Figure 473078DEST_PATH_IMAGE044
与散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE055
之间的时延时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
是天线
Figure 32498DEST_PATH_IMAGE044
回波信号中散射点
Figure 498114DEST_PATH_IMAGE055
的RCS，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
是
Figure DEST_PATH_IMAGE058
在天线
Figure 914314DEST_PATH_IMAGE044
视线方向上的投影长度，相位项
Figure DEST_PATH_IMAGE059
包含散射点
Figure 996540DEST_PATH_IMAGE055
的多普勒信息，当船只有效旋转矢量保持不变时，天线
Figure 530289DEST_PATH_IMAGE044
回波信号中的散射点
Figure 115992DEST_PATH_IMAGE055
的多普勒频率近似不变，此时直接对多通道的回波信号进行RD成像；
从（1）、（2）、（3）中提取出散射点的相位信息，如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
对三天线的ISAR图像沿两条基线分别进行干涉处理得到船只目标的三维图像，对
Figure DEST_PATH_IMAGE061
与
Figure DEST_PATH_IMAGE062
进行干涉处理得到目标散射点沿
Figure DEST_PATH_IMAGE063
轴方向的干涉相位：
Figure DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_IMAGE065
（8）;
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
表示初始时刻天线
Figure 860350DEST_PATH_IMAGE044
与散射点
Figure 429872DEST_PATH_IMAGE055
之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
表示对ISAR图像取复共轭，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
表示提取相位信息，且
Figure DEST_PATH_IMAGE069
表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
（9）；
将（9）代入到（8）中得到散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE071
沿
Figure DEST_PATH_IMAGE072
轴方向的坐标：
Figure DEST_PATH_IMAGE073
（10）；
同理，对
Figure DEST_PATH_IMAGE074
与
Figure DEST_PATH_IMAGE075
进行干涉处理得到散射点
Figure 409722DEST_PATH_IMAGE071
沿
Figure DEST_PATH_IMAGE076
轴方向的坐标：
Figure DEST_PATH_IMAGE077
（11）；
远场条件下，散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE078
在
Figure DEST_PATH_IMAGE079
轴上的坐标通过ISAR图像中的距离信息获得，结合
Figure DEST_PATH_IMAGE080
与
Figure DEST_PATH_IMAGE081
即得到散射点
Figure 335084DEST_PATH_IMAGE078
在
Figure DEST_PATH_IMAGE082
坐标系下的三维坐标，对船只目标上的所有散射点均进行上述处理，最终实现船只目标的InISAR三维成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.1.船只目标的三维摆动近似为随时间的周期变化，故
Figure DEST_PATH_IMAGE083
时刻三个旋转角度随时间的变化分别表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE084
（12），其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE085
为角运动幅度的最大值，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
为旋转周期，
Figure DEST_PATH_IMAGE087
为初始角度，对（12）求导得到船只三轴旋转的角速度，表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE088
（13）。
3.根据权利要求2所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.2由目标旋转引起的关于散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE089
的多普勒频率由下式给出：
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
（14），
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为
Figure DEST_PATH_IMAGE093
时刻散射点
Figure 956734DEST_PATH_IMAGE089
的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
代表雷达视线方向上的单位矢量，由
Figure DEST_PATH_IMAGE095
表示，在远场条件下不同雷达的
Figure DEST_PATH_IMAGE096
被认为是近似相等的，由（14）知，散射点的多普勒频率变化主要取决于散射点位置的变化。
4.根据权利要求3所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.3.对ISAR回波信号中较强距离单元中的散射点进行搜索，并利用压缩感知算法对多个散射点在短时间段内回波信号的瞬时多普勒频率与调频率进行估计，然后对短时间段估计出来的数据进行关联，即估计出多散射点在整个成像时间段的瞬时多普勒频率，第一次的时间窗选择采用的策略是在满足高聚焦质量条件的基础上，获得能够允许积累最大时长的成像时间窗。
5.根据权利要求4所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.4.在雷达
Figure DEST_PATH_IMAGE097
接收到的回波信号中提取索引为
Figure DEST_PATH_IMAGE098
距离单元中的散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE099
，计算散射点
Figure DEST_PATH_IMAGE100
在所有方位时刻所允许积累的时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE101
定义为整个观测时间内的任意离散方位时刻，对每个离散方位时刻进行搜索，直到两个时刻对应的多普勒分辨率刚好不超过所期望的多普勒分辨率
Figure DEST_PATH_IMAGE102
时，将时间差定义为
Figure DEST_PATH_IMAGE103
，重复上述过程，直到获取全部方位时刻对应的
Figure DEST_PATH_IMAGE104
个较强距离单元中所有散射点允许积累的时长，通过“高聚焦质量”的条件对第
Figure DEST_PATH_IMAGE105
个方位时刻中最小的
Figure DEST_PATH_IMAGE106
进行搜索，将其作为第
Figure 609957DEST_PATH_IMAGE105
个方位时刻所允许积累的时长，保证所有散射点在该时间段内的多普勒频率变化均不超过
Figure DEST_PATH_IMAGE107
，表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE108
（15）。
6.根据权利要求5所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S2的基于多散射点瞬时多普勒频率的时间窗选择算法包括：
S2.5.通过“高方位向分辨率”的条件从
Figure DEST_PATH_IMAGE109
个方位时刻分别对应的
Figure DEST_PATH_IMAGE110
中选取长度最大的，在有限的条件下使方位积累时间最长，并记为
Figure DEST_PATH_IMAGE111
，起始时刻记为
Figure DEST_PATH_IMAGE112
，公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE113
（16），
Figure DEST_PATH_IMAGE114
（17），
获取三个不同的时间窗，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择。
7.根据权利要求6所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S3使用基于有效旋转矢量角度估计的时间窗选择，包括：
S3.1.在雷达远场正视的条件下，有效旋转矢量将会位于
Figure DEST_PATH_IMAGE115
平面上，通过有效旋转矢量的角度
Figure DEST_PATH_IMAGE116
确定投影平面，进而确定船只目标做旋转运动的状态：
S3.1.1.当
Figure DEST_PATH_IMAGE117
等于
Figure DEST_PATH_IMAGE118
时，投影平面与
Figure DEST_PATH_IMAGE119
平面平行，此时船只做偏航的一维旋转运动，ISAR成像将会获得船只的俯视图；
S3.1.2.当
Figure 49291DEST_PATH_IMAGE117
等于
Figure DEST_PATH_IMAGE120
时，投影平面与
Figure DEST_PATH_IMAGE121
平面平行，此时船只做摇摆的一维旋转运动，ISAR成像将会获得船只的正视图；
S3.1.3.当
Figure 907788DEST_PATH_IMAGE117
介于
Figure 476172DEST_PATH_IMAGE118
与
Figure 957969DEST_PATH_IMAGE120
之间时，投影平面与
Figure 637212DEST_PATH_IMAGE119
平面之间的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE122
，此时船只一定做包含于偏航的二维或三维的旋转运动，ISAR成像将会获得船只的混合视图。
8.根据权利要求7所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S3包括：
S3.2.当
Figure 643276DEST_PATH_IMAGE117
越接近于
Figure 382562DEST_PATH_IMAGE118
或
Figure DEST_PATH_IMAGE123
时，说明目标此刻做的运动就越接近于一维旋转运动，散射点之间仍然能处于互相遮挡的状态，不利于目标散射点的三维重构；当
Figure DEST_PATH_IMAGE124
越接近于
Figure DEST_PATH_IMAGE125
时，说明目标此刻做的二维或三维的旋转运动是均占优的，散射点之间偏离的程度较大，有利于目标散射点的三维重构。
9.根据权利要求8所述的一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，其特征在于，S3包括：选取
Figure 476289DEST_PATH_IMAGE124
最接近于
Figure DEST_PATH_IMAGE126
的时间窗作为InISAR系统的成像时间窗，表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE127
（18），
Figure DEST_PATH_IMAGE128
（19），其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE129
表示InISAR系统成像时间窗所允许积累的时长，
Figure DEST_PATH_IMAGE130
则为起始时刻；
通过公式（18）与（19）从三个时间窗中挑选出InISAR系统最优的成像时间窗，完成InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择。
CN202211352592.4A 2022-11-01 2022-11-01 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法 Active CN115407337B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211352592.4A CN115407337B (zh) 2022-11-01 2022-11-01 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211352592.4A CN115407337B (zh) 2022-11-01 2022-11-01 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115407337A CN115407337A (zh) 2022-11-29
CN115407337B true CN115407337B (zh) 2023-02-03

Family

ID=84167111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211352592.4A Active CN115407337B (zh) 2022-11-01 2022-11-01 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115407337B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5394151A (en) * 1993-09-30 1995-02-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and method for producing three-dimensional images
US20090273509A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-05 Lawrence Fullerton Microwave imaging system and method
CN106405519A (zh) * 2016-09-12 2017-02-15 西安电子科技大学 基于跟踪信息的isar成像时间段选择方法
CN106918811A (zh) * 2017-04-05 2017-07-04 中国石油大学(华东) 一种逆合成孔径雷达船只成像时窗选取方法
CN110133648A (zh) * 2019-05-13 2019-08-16 中国石油大学(华东) 一种选取逆合成孔径雷达船只成像时窗的方法
CN110488292A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星编队的遥感系统
CN111896957A (zh) * 2020-08-11 2020-11-06 西安电子科技大学 基于小波变换及压缩感知的舰船目标前视三维成像方法
CN114910908A (zh) * 2022-05-10 2022-08-16 哈尔滨工业大学 一种基于多基站分布式InISAR的舰船目标三维成像方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1783517A1 (en) * 2005-11-04 2007-05-09 AGELLIS Group AB Multi-dimensional imaging method and apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5394151A (en) * 1993-09-30 1995-02-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and method for producing three-dimensional images
US20090273509A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-05 Lawrence Fullerton Microwave imaging system and method
CN106405519A (zh) * 2016-09-12 2017-02-15 西安电子科技大学 基于跟踪信息的isar成像时间段选择方法
CN106918811A (zh) * 2017-04-05 2017-07-04 中国石油大学(华东) 一种逆合成孔径雷达船只成像时窗选取方法
CN110133648A (zh) * 2019-05-13 2019-08-16 中国石油大学(华东) 一种选取逆合成孔径雷达船只成像时窗的方法
CN110488292A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于卫星编队的遥感系统
CN111896957A (zh) * 2020-08-11 2020-11-06 西安电子科技大学 基于小波变换及压缩感知的舰船目标前视三维成像方法
CN114910908A (zh) * 2022-05-10 2022-08-16 哈尔滨工业大学 一种基于多基站分布式InISAR的舰船目标三维成像方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
海上船只目标多角度成像技术;周鹏等;《中国海洋大学学报》;20170228;第47卷(第2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115407337A (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7928896B2 (en) Application of time reversal to synthetic aperture imaging
CN109116320B (zh) 一种基于雷达回波信号的海浪特征参数提取方法
CN109031219B (zh) 基于相位测距的宽带雷达弹道目标微动几何参数估计方法
CN108957443B (zh) 一种基于双发双收相干雷达的无人机旋翼长度和转速的估计方法
CN102565784A (zh) 基于vsar系统的动目标重定位与速度解模糊方法
CN107942314B (zh) 基于lasso特征提取的多普勒穿墙雷达定位方法
CN107656255A (zh) 基于多径回波的超宽带雷达动目标二维定位方法
CN109324322A (zh) 一种基于被动相控阵天线的测向与目标识别方法
CN109061638B (zh) 相控阵近距离数字成像方法
CN103226192B (zh) 信号挑选装置、信号挑选方法以及雷达装置
CN107085212A (zh) 一种基于线性调频步进信号的自旋目标时变三维成像方法
CN109655819B (zh) 一种基于实孔径多普勒波束锐化的杂波抑制三维成像方法
CN106646466B (zh) 一种基于主成分分析的加权后向投影算法的成像方法
Yang et al. Analysis on the characteristic of cross-correlated field and its potential application on source localization in deep water
CN109541579B (zh) 基于Bezier模型的霍夫变换的多普勒穿墙雷达定位方法
CN115407337B (zh) 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法
CN112946640A (zh) 一种快速距离-多普勒域的自旋目标isar成像方法
Yuhan et al. Monopulse instantaneous 3D imaging for wideband radar system
CN114185047B (zh) 一种基于最优极坐标变换的双基sar动目标重聚焦方法
Sakamoto et al. Revised range point migration method for rapid 3-D imaging with UWB radar
CN110736988B (zh) 双基地pfa运动目标参数估计和成像方法
CN110045374B (zh) 一种基于Chirp Scaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法
CN110161500B (zh) 一种基于Radon-Clean的改进圆周SAR三维成像方法
CN113093174A (zh) 基于phd滤波雷达起伏微弱多目标的检测前跟踪方法
CN112710999A (zh) 基于径向速度搜索的弧形阵列雷达运动目标聚焦检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant