[发明专利]一种等离子体调制器和电磁波矢量显微传感器

说明书

本发明涉及一种等离子体调制器和电磁波矢量显微传感器，通过电磁特性可调媒质，如等离子体，及空间赋形器对来波的坡印廷矢量、能流密度散布进行波前调制，利用这样的单或多路调制器将来波引入天线，建立非相关的满秩矩阵，增加系统的观测自由度，将准平行电磁波幅度、相位、方位角、俯仰角等信息予以求解成像；大于或等于两路调制器使用时，结合调制器的空间距离可实现来波的三维成像，具备凝视、超分辨能力和超口径特征。与现有技术相比，本发明通过在现有天线上附加波前调制器件并配合反演算法，可直接应用于现有雷达、电子侦察、射电望远镜、通讯等系统，实现对来波的单一波束内凝视三维超分辨成像。

技术领域

本发明涉及等离子体、电磁场与电磁波、电子侦察领域，尤其是涉及一种等离子体调制器和电磁波矢量显微传感器。

背景技术

电磁信号的精细分辨技术是现代电子侦查、无人驾驶、飞航探测等各领域的基础，也是科研领域及工业界共同关注的热点问题。传统的雷达、天线系统的分辨能力极限受到天线物理口径面的限制，并且难以分辨主波束范围内同时接收到的多个同频电磁信号，只能得到这些信号的综合效果。为了提高天线系统的分辨能力，目前已有的解决方案有加大天线物理尺寸、甚长基线、合成孔径等硬件手段以及超分辨算法等软件手段。这些方法虽然可以一定程度上提高天线系统分辨能力，但是仍然难以解决同频多目标近似平行来波信号的精细分辨问题，且代价成本较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，在尽量不改变雷达、天线系统物理结构的情况下，提高系统方位向、俯仰向分辨能力，提供一种等离子体调制器和电磁波矢量显微传感器。

本发明提出了一种基于特殊赋形等离子体的波前等离子体调制器，对准平行平面电磁波进行非线性空间调制，能够利用电调控制的方式改变空间中的坡印廷能流密度散布，利用这样的单或多路调制器将来波引入天线，建立非相关的满秩矩阵，增加系统的观测自由度，将准平行电磁波幅度、相位、方位角、俯仰角等信息予以求解成像；大于或等于两路调制器使用时，结合调制器的空间距离可实现来波的三维成像，具备凝视、超分辨能力和超口径特征。本发明中单通道等离子体对应完成方位向或俯仰向维度的超精细分辨，将等离子体调制结构拓展为双通道十字交叉或球形并结合脉冲压缩技术则可以同时完成三维的目标分辨。本发明不仅可在物理口径固定的天线系统上实现超分辨效果，而且能够用于保持系统分辨精度不变的情况下大幅度缩小所需天线物理口径。同时本发明可以根据需求调整等离子体赋形及状态，具备多频段普适性。

传统的天线系统一旦设计完成，该系统在方位向上的基础分辨率也随之确定。本发明涉及的显微辨识成像技术从天线前端入射电磁波入手，通过非线性调制设备完成对准线性电磁矢量的调制，从而在一定程度上放大矢量信号中的微弱非线性条件，为目标的精确定位提供足够的隐含条件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于电磁信号目标分辨的等离子体调制器，包括等离子体、调制器物理约束结构主体、填充气体和调制器激励结构，所述等离子体位于调制器物理约束结构主体内部，受调制器物理约束结构主体约束赋形；所述调制器物理约束结构主体内还密封填充所述填充气体，所述调制器激励结构连接在所述调制器物理约束结构主体外侧；

通过将所述等离子体调制器放置在接收天线前，并对准电磁来波，由等离子体进行非线性波前调制，接收天线根据经过等离子体调制器处理后的信号进行目标分辨。

进一步地，等离子体对电磁来波的非线性波前调制效果通过调节等离子体相对介电常数ε_r实现，通过电调控制等离子体频率ω_p来实现等离子体相对介电常数ε_r的调节。

进一步地，所述等离子体为非磁化冷等离子体，该非磁化冷等离子体的等离子体相对介电常数ε_r的调节表达式为：