[发明专利]基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法

权利要求书

1.基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.构建均匀圆阵，用于产生携带正负双模态复用的涡旋电磁波；

S2.改变均匀圆阵发射的激励信号频率f和轨道角动量模态数l，均匀圆阵依次产生不同频率、携带不同轨道角动量模态复用的涡旋电磁波照射目标；采用单个接收阵元天线依次接收不同频率、不同模态复用的涡旋电磁波目标回波数据；

S3.对单个接收阵元天线接收到的每个目标回波数据进行相位补偿处理；

S4.采用希尔伯特变换方法对相位补偿处理后的每个目标回波数据进行处理，解调出单个轨道角动量模态携带的目标信息，重新构建频率-单模态二维回波数据；

S4.1解调携带有正模态信息的目标回波Sr_pq；

对相位补偿处理后得到的接收频率为f_p、轨道角动量模态数为±l_q的目标回波数据S_pq做希尔伯特变换，解调出频率为f_p、轨道角动量模态数为l_q的目标回波数据，如公式(5)所示，其中H[·]为希尔伯特变换符号；

S4.2解调携带有负模态信息的目标回波Sr′_pq；

首先要对相位补偿处理后的目标回波数据S_pq的实部数据和虚部数据分别进行希尔伯特变换处理，并将实部数据的希尔伯特变换结果减去虚部数据的希尔伯特变换结果，得到S′_pq，如公式(6)所示：

其中Re(S_pq)为相位补偿处理后的目标回波数据S_pq的实部，Im(S_pq)为相位补偿处理后的目标回波数据S_pq的虚部；

然后，将S′_pq取共轭，可解调出频率为f_p、轨道角动量模态数为-l_q的目标回波数据Sr′_pq，如公式(7)所示；

S4.3将解调的携带有正模态信息的目标回波Sr_pq和携带有负模态信息的目标回波Sr′_pq组成一个新的P×2Q维的频率-单模态回波数据，其中轨道角动量模态数范围为l＝-l_Q,-l_Q-1,…-l₁,l₁,…,l_Q；

S5.对频率-单模态二维回波数据进行二维傅里叶变换，得到目标二维图像。

2.根据权利要求1所述的基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法，其特征在于，S1中，将N个相同的发射天线阵元等间隔地排布在一个半径为a的圆周上，形成均匀圆阵；随机选定其中一个发射天线阵元作为初始发射阵元，初始发射阵元其方位角设为零度；自初始发射阵元开始沿着圆周逆时针方向，依次将均匀圆阵上的各发射天线阵元依次编号为1，2，3，…，N，则第n个发射天线阵元的方位角为φ_n＝2π(n-1)/N。

3.根据权利要求2所述的基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法，其特征在于，S1中，设均匀圆阵所产生的携带正负双模态复用的涡旋电磁波其双模态复用的轨道角动量模态数为±l时，则均匀圆阵其第n个发射天线阵元激励信号应为cos(lφ_n)，即第n个发射天线阵元的激励信号幅度为|cos(lφ_n)|，第n个发射天线阵元的激励信号相位为∠cos(lφ_n)，其中|·|代表绝对值取值，∠·表示角度取值，φ_n为第n个发射天线阵元的方位角；当均匀圆阵中所有发射天线阵元按照上述要求同时施加激励信号，激励信号频率为f时，空间中任意一点的电场强度值表示为：

其中i为虚数单位，l为复用的轨道角动量模态数，N为均匀圆阵上的发射天线阵元数，r表示点的位置矢量，r、θ、分别为点在极坐标下的距离、俯仰角和方位角，r_n表示第n个发射天线阵元的位置矢量；k＝2πf/c表示发射单频信号波数，c为真空中光的传播速度，J_l(kasinθ)为l阶的第一类贝塞尔函数。