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。
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 与 的信号分别以天线 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 、时间窗 与时间窗 ，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 进行估计，并选出 最接近于 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 为原点建立雷达坐标系 ，收发天线 位于原点 ，接收天线 与 分别位于 轴与 轴， 与 分别表示为InISAR系统的水平基线与竖直基线，长度均为 ；
以 为原点建立参考坐标系 与目标坐标系 ，参考坐标系的三个坐标轴与雷达坐标系 的三个坐标轴互相平行；
目标坐标系 随着目标的运动而变化，表示为目标的航行速度，表示为目标上的任意散射点，其中， ， ， 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 ， 表示为船只的有效旋转矢量，它是 在雷达视线方向的垂直平面上的投影， 表示为 偏离 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其中， 是
方位时间，是距离频率， ， 是总成像时间， 是载波频率， 是信号带宽，是光的传播速度， 代表起始时刻天线 到 点的距离，代表起始时刻天线 视线方向的单位矢量， 代表散射点 到点的矢量， 是散射点 的归一化雷达散射截面RCS， 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：（4）；
其中，是距离时间， 是天线 与散射点 之间的时延时间， 是天线 回波信号中散射点 的RCS， 是 在天线 视线方向上的投影长度，相位项 包含散射点 的多普勒信息，当船只有效旋转矢量保持不变时，天线 回波信号中的散射点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：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，对与 进行干涉处理得到目标散射点沿 轴方向的干涉相位：（8）;
其中， 表示初始时刻天线 与散射点 之间的距离， 表示对ISAR图像取复共轭，表示提取相位信息，且 表示为：（9）；
将（9）代入到（8）中得到散射点 沿 轴方向的坐标：（10）；
同理，对 与 进行干涉处理得到散射点 沿 轴方向的坐标：（11）；
远场条件下，散射点 在 轴上的坐标通过ISAR图像中的距离信息获得，结合 与 即得到散射点 在 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 时刻三个旋转角度随时间的变化分别表示为 （12），其中， 为角运动幅度的最大值， 为旋转周期，为初始角度，对（12）求导得到船只三轴旋转的角速度，表示为：（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 的多普勒频率由下式给出：，
其中， 为 时刻散射点 的坐标， 代表雷达视线方向上的单位矢量，由 表示，在远场条件下不同雷达的 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 接收到的回波信号中提取索引为 距离单元中的散射点 ，计算散射点 在所有方位时刻所允许积累的时长，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 时，将时间差定义为 ，重复上述过程，直到获取全部方位时刻对应的 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 个方位时刻中最小的进行搜索，将其作为第 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 ，表示为：（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 个方位时刻分别对应的 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 ，起始时刻记为 ，公式如下：（16）， （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 平面上，通过有效旋转矢量的角度 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 等于 时，投影平面与 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 等于 时，投影平面与 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 介于 与 之间时，投影平面与 平面之间的夹角为 ，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 越接近于 或 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 越接近于时，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 最接近于 的时间窗作为InISAR系统的成像时间窗，表示为（18），（19），其中， 表示InISAR系统成像时间窗所允许积累的时长， 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。
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
[0001] 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
[0002] 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
[0003] 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。
[0004] 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，包括：
[0005] 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，然后将天线与 的信号分别以天线 的信号为基准进行图像配准；
[0006] 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 、时间窗 与时间窗 ，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择；
[0007] S3.对每个时间窗对应的 进行估计，并选出 最接近于 的时间窗，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择；
[0008] 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。
[0009] S1包括：采用“L型”三天线结构的InISAR系统；
[0010] 以 为原点建立雷达坐标系 ，收发天线 位于原点 ，接收天线 与分别位于 轴与 轴， 与 分别表示为InISAR系统的水平基线与竖直基线，长度均为 ；
[0011] 以 为原点建立参考坐标系 与目标坐标系 ，参考坐标系的三个坐标轴与雷达坐标系 的三个坐标轴互相平行；
[0012] 目标坐标系 随着目标的运动而变化，表示为目标的航行速度，表示为目标上的任意散射点，其中， ， ， 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 ， 表示为船只的有效旋转矢量，它是 在雷达视线方向的垂直平面上的投影， 是 的模量，表示为 偏离 轴的角度，即有效旋转矢量角度；
[0013] 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
[0014] 其中，是方位时间，是距离频率， ， 是总成像时间，是载
波频率， 是信号带宽，是光的传播速度， 代表起始时刻天线 到 点的
距离， 代表起始时刻天线 视线方向的单位矢量， 代表散射
点 到 点的矢量， 是散射点 的归一化雷达散射截面RCS， 是一个复杂的函数；
[0015] 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：
[0016]（4）；
[0017] 其中，是距离时间， 是天线 与散射点 之间的时延时间， 是天线 回波信号中散射点 的RCS ， 是 在天 线 视线方向上的投影长度 ，相位项包含散射点 的多普勒信息，当船只有效旋转矢量保持不变时，天
线 回波信号中的散射点 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；
[0018] 从（1）、（2）、（3）中提取出散射点的相位信息，如下：
[0019]
[0020] 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，对与 进行干涉处理得到目标散射点沿 轴方向的干涉相位：
[0021]
[0022] （8）;
[0023] 其中， 表示初始时刻天线 与散射点 之间的距离， 表示对ISAR图像取复共轭， 表示提取相位信息，且 表示为：
[0024] （9）；
[0025] 将（9）代入到（8）中得到散射点 沿 轴方向的坐标：
[0026] （10）；
[0027] 同理，对 与 进行干涉处理得到散射点 沿 轴方向的坐标：
[0028] （11）；
[0029] 远场条件下，散射点 在 轴上的坐标通过ISAR图像中的距离信息获得，结合 与即得到散射点 在 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。
[0030] 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：
[0031] S2.1.船只目标的三维摆动近似为随时间的周期变化，故 时刻三个旋转角度随时间的变化分别表示为 （12），其中， 为角运动幅度的最大值， 为旋转周期，为初始角度，对（12）求导得到船只三轴旋转的角速度，表示为：
[0032] （13）。
[0033] 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：
[0034] S2.2由目标旋转引起的关于散射点 的多普勒频率由下式给出：
[0035] ，（14），
[0036] 其中， 为 时刻散射点 的坐标， 代表雷达视线方向上的单位矢量，由 表示，在远场条件下不同雷达的 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。
[0037] 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：
[0038] 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。
[0039] 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：
[0040] S2.4.在雷达 接收到的回波信号中提取索引为 距离单元中的散射点 ，计算散射点 在所有方位时刻所允许积累的时长，
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 时，将时间差定义为 ，重复上述过程，直到获取全部方位时刻对应的 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 个方位时刻中最小的进行搜索，将其作为第 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 ，表示为：
[0041] （15）。
[0042] 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：
[0043] S2.5.通过“高方位向分辨率”的条件从 个方位时刻分别对应的 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 ，起始时刻记为 ，公式如下：
[0044] （16）， （17），
[0045] 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。
[0046] S3使用基于有效旋转矢量角度估计的时间窗选择，包括：
[0047] S3.1.在雷达远场正视的条件下，有效旋转矢量将会位于 平面上，通过有效旋转矢量的角度 确定投影平面，进而确定船只目标做旋转运动的状态：
[0048] S3.1.1.当 等于 时，投影平面与 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；
[0049] S3.1.2.当 等于 时，投影平面与 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；
[0050] S3.1.3.当 介于 与 之间时，投影平面与 平面之间的夹角为 ，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。
[0051] S3包括：
[0052] S3.2.当 越接近于 或 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 越接近于 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。
[0053] S3包括：选取 最接近于 的时间窗作为InISAR系统的成像时间窗，表示为[0054] （18），
[0055] （19），其中， 表示InISAR系统成像时间窗所允许积累的时长， 则为起始时刻；
[0056] 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。
[0057] 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
[0058] 图1是船只InISAR系统几何模型图；
[0059] 图2是优化设计算法流程图；
[0060] 图3是船只散射点三维模型；
[0061] 图4是RD算法获得的ISAR图像进行的InISAR三维成像图；
[0062] 图5是时间窗A的InISAR图像；
[0063] 图6是时间窗B的InISAR图像；
[0064] 图7是时间窗C的InISAR图像；
[0065] 图8是时间窗D的船只InISAR三维图像。
具体实施方式
[0066] 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。
[0067] 一种基于时间窗二次选择的船只目标三维成像方法，包括：
[0068] 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 与 的信号分别以天线 的信号为基准进行图像配准；
[0069] 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 、时间窗 与时间窗 ，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第一次选择；
[0070] S3.对每个时间窗对应的 进行估计，并选出 最接近于 的时间窗，即完成了InISAR系统回波信号时间窗的第二次选择；
[0071] 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。
[0072] S1包括：采用“L型”三天线结构的InISAR系统；
[0073] 以 为原点建立雷达坐标系 ，收发天线 位于原点 ，接收天线 与分别位于 轴与 轴， 与 分别表示为InISAR系统的水平基线与竖直基线，长度均为 ；
[0074] 以 为原点建立参考坐标系 与目标坐标系 ，参考坐标系的三个坐标轴与雷达坐标系 的三个坐标轴互相平行；
[0075] 目标坐标系 随着目标的运动而变化，表示为目标的航行速度，表示为目标上的任意散射点，其中， ， ， 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 ， 表示为船只的有效旋转矢量，它是 在雷达视线方向的垂直平面上的投影，表示为 偏离 轴的角度，即有效旋转矢量角度；
[0076] 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
[0077] 其中，是方位时间，是距离频率， ， 是总成像时间，是载
波频率， 是信号带宽，是光的传播速度， 代表起始时刻天线 到 点的
距离， 代表起始时刻天线 视线方向的单位矢量， 代表散射
点 到 点的矢量， 是散射点 的归一化雷达散射截面RCS， 是一个复杂
的函数；
[0078] 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：
[0079]（4）；
[0080] 其中，是距离时间， 是天线 与散射点 之间的时延时间， 是天线 回波信号中散射点 的RCS ， 是 在天 线 视线方向上的投影长度 ，相位项包含散射点 的多普勒信息，当船只有效旋转矢量保持不变时，天
线 回波信号中的散射点 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；
[0081] 从（1）、（2）、（3）中提取出散射点的相位信息，如下：
[0082]
[0083] 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，对与 进行干涉处理得到目标散射点沿 轴方向的干涉相位：
[0084]
[0085] （8）;
[0086] 其中， 表示初始时刻天线 与散射点 之间的距离， 表示对ISAR图像取复共轭， 表示提取相位信息，且 表示为：
[0087] （9）；
[0088] 将（9）代入到（8）中得到散射点 沿 轴方向的坐标：
[0089] （10）；
[0090] 同理，对 与 进行干涉处理得到散射点 沿 轴方向的坐标：
[0091] （11）；
[0092] 远场条件下，散射点 在 轴上的坐标通过ISAR图像中的距离信息获得，结合 与即得到散射点 在 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。
[0093] 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：
[0094] S2.1.船只目标的三维摆动近似为随时间的周期变化，故 时刻三个旋转角度随时间的变化分别表示为 （12），其中， 为角运动幅度的最大值， 为旋转周期，为初始角度，对（12）求导得到船只三轴旋转的角速度，表示为：
[0095] （13）。
[0096] 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：
[0097] S2.2由目标旋转引起的关于散射点 的多普勒频率由下式给出：
[0098] ，（14），
[0099] 其中， 为 时刻散射点 的坐标， 代表雷达视线方向上的单位矢量，由 表示，在远场条件下不同雷达的 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。
[0100] 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：
[0101] 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。
[0102] 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：
[0103] S2.4.在雷达 接收到的回波信号中提取索引为 距离单元中的散射点 ，计算散射点 在所有方位时刻所允许积累的时长，
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 时，将时间差定义为 ，重复上述过程，直到获取全部方位时刻对应的 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 个方位时刻中最小的进行搜索，将其作为第 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 ，表示为：
[0104] （15）。
[0105] 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：
[0106] S2.5.通过“高方位向分辨率”的条件从 个方位时刻分别对应的 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 ，起始时刻记为 ，公式如下：
[0107] （16）， （17），
[0108] 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。
[0109] S3使用基于有效旋转矢量角度估计的时间窗选择，包括：
[0110] S3.1.在雷达远场正视的条件下，有效旋转矢量将会位于 平面上，通过有效旋转矢量的角度 确定投影平面，进而确定船只目标做旋转运动的状态：
[0111] S3.1.1.当 等于 时，投影平面与 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；
[0112] S3.1.2.当 等于 时，投影平面与 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；
[0113] S3.1.3.当 介于 与 之间时，投影平面与 平面之间的夹角为 ，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。
[0114] S3包括：
[0115] S3.2.当 越接近于 或 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 越接近于 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。
[0116] S3包括：选取 最接近于 的时间窗作为InISAR系统的成像时间窗，表示为[0117] （18），
[0118] （19），其中， 表示InISAR系统成像时间窗所允许积累的时长， 则为起始时刻；
[0119] 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。
[0120] 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。成像起始时刻点在 坐标系下的坐标为 ，且雷达坐标系 与目标坐标系 之间的初始夹角分别为 ， ， 。InISAR系统成像参数设
置如表2所示。
[0121]
[0122] 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。
[0123] 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 、与 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 ，为 、 与 ，知三幅ISAR图像均是混合视图。由上文知时间窗 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 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 [15]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 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）。
[0124] （20）
[0125] 式中 是检测到的目标散射点个数， 是真实的目标散射点个数， 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 ，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 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 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 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。
[0126] 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 、时间窗 ，时间窗 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。
[0127] 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 。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。
[0128]
[0129] 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。
