[发明专利]一种基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法

摘要

本发明提供一种基于涡旋电磁波的俯仰角成像方法，属于雷达目标成像领域。传统方法是基于电磁波幅度扫描，其幅度扫描范围受到天线工作带宽的限制，与传统基于涡旋电磁波的俯仰角成像不同，本发明基于回波信号的相位信息，在单个频点即可工作，因此本发明的俯仰角成像范围广，并且对天线带宽要求较低。传统方法幅度扫描的精度取决于电磁波束的宽度，电磁波束越窄，成像精度越高，然而较窄的电磁波束难以实现。本方法的成像精度取决于对俯仰角离散化时的网格粗细，采用较细的网格可以有效提高成像精度。本发明能实现5°～85°的俯仰角测量，测量范围广，并且在俯仰角5°～85°的范围内成像误差低于1.2°。

主权项

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，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)＝aksinθ，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：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。