[发明专利]一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法

说明书

本发明公开了一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法，该方法利用频率分集阵列（Frequency Diverse Array，FDA），利用频率调制阵列产生涡旋波，并实现雷达成像；将电磁涡旋应用在FDA雷达成像系统中，将电磁涡旋应用在FDA雷达成像系统中，利用电磁涡旋的螺旋形相位波前结构，可以获得更高的空间目标分辨率，结构简单，可获得比传统频率分集阵列雷达更丰富的成像信息。在电磁成像领域提供新的可能性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，具体是一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵 雷达成像方法。

背景技术

近年来，随着天线、射频以及数字处理技术的发展，雷达系统可以显现出高 分辨率、广覆盖面、宽测绘带的图像。但是，目前的雷达成像技术都是在时域、 频域、空域，以及极化域进行的信息调制。轨道角动量是电磁波固有的物理量， 其作为独立于频率和极化的一个全新的域可以为信息调制带来更加丰富的自由 度。现有的涡旋波成像雷达采用相位调制产生带有轨道角动量的涡旋波，以获得 涡旋波成像结果，但是，对发射机和接收机的硬件要求高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种发射涡旋电磁波的频率 分集圆阵雷达成像方法，该方法利用频率分集阵列(Frequency Diverse Array， FDA)，利用频率调制阵列产生涡旋波，并实现雷达成像；将电磁涡旋应用在FDA 雷达成像系统中，由于电磁涡旋相比于普通平面波具有螺旋形的相位波前结构， 可以获得更高的空间目标分辨率，结构简单，可获得比传统频率分集阵列雷达更 丰富的成像信息。

实现本发明目的的技术方案是：

一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法，包括如下步骤：

1)构造频率分集圆阵

将中心频率f_c、测量中心频率对应的波长λ，采用公式λ＝c/f_c计算，其中 c为光速；构造的频率分集阵列的每个阵元的发射频率依次线性增加，频率间隔 为Δf；天线阵列为圆阵，圆阵半径为L_r，阵元个数为N，阵元间隔角度为Δθ， 发射阵元的坐标为c/(f_c+(i-1)*Δf)，i＝1,2,3…,N；

2)N个阵元均匀圆阵天线，阵元发射的信号表示为：

公式(1)中，rect(·)表示矩形信号，A表示信号幅度，t为距离向时间变量， T_r为信号持续时间，下标r表示距离向，f_c表示天线的中心频率；

3)N个阵元的发射天线将N个信号s(t)发射出去，当信号遇到目标后，将 信号发射回来；

4)N个阵元的接收天线接收遇到目标反射回来的回波信号，设第n个接收 天线接收的回波信号为r_n(t)：

其中表示目标距离阵元的双程距，目标的位置距离信息表示 为：

阵元的坐标位置距离信息为：

公式(3)、(4)中，(r_k,φ_k,θ_k)表示第k个目标的球坐标，m表示第m个发 射阵元，表示目标的位置，表示阵元的坐标；

5)将每个阵元的回波信号进行累加求和r(t)

公式(5)中，K表示目标个数，m表示第m个发射阵元，接收阵元接收的 回波信号经过滤波器进行滤波后进入成像算法单元；