[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

说明书

基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法，首先构建均匀圆阵，改变均匀圆阵发射的激励信号频率和轨道角动量模态数，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，并对其进行相位补偿处理；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后对其进行二维傅里叶变换，得到目标二维图像。相比于不利用模态复用、通过遍历携带单个模态轨道角动量的涡旋电磁波成像，本发明将轨道角动量遍历减少一半，提高了电磁涡旋成像效率。

技术领域

本发明涉及电磁涡旋成像技术领域，尤其涉及一种基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法。

背景技术

作为一种全天时、全天候、远距离的信息获取方式，雷达高分辨率成像在空间目标监视、遥感测绘、海洋观测等领域有着非常重要的应用。现有的高分辨率成像雷达主要通过发射宽带信号获得距离向高分辨率，通过雷达与目标的相对运动形成大的虚拟合成孔径获得方位向高分辨率。但在实际应用中，常需对某一重点区域进行长时间不间断的凝视观测，雷达与目标处于相对静止的观测几何条件。这种情况下，传统的雷达高分辨成像体制无法满足合成孔径要求，成像分辨率难以保证。

近年来，轨道角动量在光学通信、量子成像、微波成像等领域具有广泛的应用。传统的平面波仅在距离向上具有差异性，垂直于传播方向的方位向上包含相同的相位信息，在凝视观测几何条件下无法提供方位分辨能力。

不同于传统平面波，携带有轨道角动量的电磁波具有螺旋形的相位波前，称为涡旋电磁波，在距离向和方位向同时具有相位差异性。当涡旋电磁波照射目标时，目标距离向和方位向均可被相位差异信息标度，回波信息可提供距离向和方位向分辨所需的差异信息。利用这种相位波前差异性，通过对涡旋电磁波回波进行处理，可实现雷达目标的高分辨率成像。电磁涡旋成像利用涡旋电磁波实现目标距离向和方位向二维分辨，不依赖于雷达与目标的相对运动，有望与合成孔径/逆合成孔径等成像方式形成互补，提供一种新的成像模式。

电磁涡旋成像的方位向分辨能力与采用的轨道角动量模态范围有关，采用的模态数越多，方位向分辨率越高。为获得方位向高分辨，电磁涡旋成像需要使用多种模态的涡旋电磁波照射目标。当前，电磁涡旋成像主要是利用携带单个轨道角动量的涡旋电磁波依次照射目标，需要遍历不同模态，限制了电磁涡旋成像效率。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法。轨道角动量模态复用的涡旋电磁波携带有多个轨道角动量模态，当采用模态复用的涡旋电磁波照射目标时，通过对目标回波处理解调出单个模态信息，等效于携带有单个轨道角动量的涡旋电磁波多次遍历，有望减少涡旋电磁波照射时间，提高电磁涡旋成像效率。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

基于轨道角动量双模态复用的电磁涡旋成像方法，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。

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。