[发明专利]一种基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法

权利要求书

1.一种基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置雷达天线，雷达由N个天线阵元在半径为a的圆周上组成的均匀环形天线阵列构成，以圆心为坐标原点、圆周法向为z轴建立坐标系，给每个天线阵元附加的相移，使其产生轨道角动量拓扑荷为α的涡旋电磁波；

步骤2：获取回波信息：步骤1所述涡旋电磁波照射目标产生散射，散射波由均匀环形天线阵列接收；

步骤3：根据回波信息求解目标的俯仰角，具体步骤如下：

步骤3.1：假设目标的所处位置在极坐标系下表示为散射强度为若目标为一个散射点，则第n个天线阵元的接收回波信号可表示为：

根据并令Θ(θ)＝ak sinθ，将上式进一步推导，得出此时第n个天线阵元接收到的回波信号为：

若目标由M个理想散射点(m＝1,2,..,M)组成，每个散射点的散射强度为σ_m，那么第n个天线阵元接收到的回波信号为：

因此，天线阵列接收的回波信号为：(n＝0,1,..,N-1)；

其中，i为虚数单位，r为目标到原点的距离，θ表示目标所处的俯仰角，表示目标所处的方位角，rn为第n个天线阵元的位置矢量，φ_n＝2nπ/N为第n个天线阵元所处的方位角，μ₀为真空磁导率，ω为电磁波角频率，k＝ω/c为波束，c为真空中的光速，j为每个天线阵元出的电流密度，d为天线阵元振子长度，∫(·)dV_n表示对阵元上的电流元积分，为Bessel函数，r为场点的位置矢量，为场点矢径的单位向量；

步骤3.2：对天线阵列接收到的回波信号进行谱估计计算得到Θ(θ)的值：

式中是已知的，Φ(φ_n)和Θ(θ)构成傅里叶变换对，结合Φ(φ_n)(n＝0,1,...,N-1)的值，通过谱估计方法计算Θ(θ)的值；

步骤3.3：根据Θ(θ)值计算出目标俯仰角θ。

2.一种如权利要求1所述的基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法，其特征在于，步骤1所述雷达天线具有收发功能。

3.一种如权利要求1所述的基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法，其特征在于，步骤1所述天线阵元为喇叭天线、贴片天线或偶极子天线。

4.一种如权利要求1所述的基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法，其特征在于，步骤3.2所述谱估计方法为傅里叶变换法或压缩感知法。