[发明专利]一种等效分数阶模式涡旋电磁波产生及成像方法

说明书

本发明公开了一种等效分数阶模式涡旋电磁波产生及成像方法。该方法首次采用同心圆环阵列得到等效分数阶模式并用于雷达成像。其实现方案为：首先利用同心均匀圆环阵列产生整数阶涡旋波模式，通过设定收、发模式为相邻整数从而等效得到分数阶模式，针对单圈圆环阵列产生的不同模式涡旋波最大辐射方向不同的问题，本发明采用多圈同心圆环阵列，通过优化各圈馈电幅度相位，使得各模式最大辐射方向相同，得到更好的成像效果。本发明可以解决现有涡旋电磁波成像在多发多收模式下存在的方位角混叠问题。

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体是一种产生等效分数阶涡旋波模式的方法。

背景技术

涡旋电磁波由于具有独特的螺旋型相位波前分布，近年来引起了研究者的广泛关注。当涡旋电磁波携带的轨道角动量模式为α时，在与传播方向垂直的平面内，其相位绕传播轴旋转一周将变化2πα。由于涡旋电磁波的不同模式之间相互正交，可以用于通信以提高频谱效率。另外，由于不同模式的涡旋电磁波的相位波前分布不同，有望可以用于雷达探测领域以获取更丰富的目标信息。

目前文献公开报道的产生涡旋电磁波的方式有很多种，根据产生原理大致可分为三类：透射型、反射型以及相位调制型。其中利用相位调制原理产生涡旋波如均匀圆环阵列，已被用于雷达成像中。与前面两种产生方式相比，其优势在于，可以用同一个阵列产生多个涡旋波模式，且容易实现。基于涡旋电磁波的雷达成像与传统成像方法相比，雷达与目标之间不需要相对运动，而是利用涡旋波的模式数与目标方位角的对偶关系便可实现成像。利用涡旋电磁波成像有两种方式：多发多收及多发单收。前者的方位角分辨率优于后者，但存在方位角混叠现象。为实现方位角的高分辨并消除方位角混叠的问题，可在多发多收成像方式中引入分数阶模式。但直接产生的分数阶模式并不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提出一种等效分数阶模式涡旋电磁波产生及成像方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种产生等效分数阶涡旋波模式的方法，步骤如下：

第一步，采用多圈同心均匀圆环阵列产生若干辐射方向相同且旁瓣较低的整数阶模式的涡旋电磁波；

第二步，发送某一整数阶模式的涡旋电磁波，并采用相邻的另一整数阶模式接收，得到等效分数阶模式的涡旋电磁波；

第三步，利用整数及分数阶模式的涡旋电磁波并采用多发多收的方式进行成像。

本发明与现有的多发多收成像相比，其显著优点是：能够消除方位混叠现象；同时，与多发单收成像相比，其方位分辨率更高。

附图说明

图1是本发明所用的同心圆环阵列示意图。

图2是本发明所用的同心圆环阵列产生的不同模式的方向图。

图3是本发明方法所仿真的理想散射点构成的两个“飞机”模型。

图4是采用整数阶模式的涡旋波多发多收成像与采用本发明方法进行成像的结果对比图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

本发明一种等效分数阶模式涡旋电磁波产生及成像方法，步骤如下：

第一步，采用多圈同心均匀圆环阵列产生若干辐射方向相同且旁瓣较低的整数阶模式的涡旋电磁波。具体方法如下：

同心圆环阵列结构如图1所示。记构成同心圆环阵列中的圆环数为N，半径分别为a₁～a_N,各圈圆环上的单元均匀分布，记第j圈圆环上的单元数位N_j。当要产生模式为α的涡旋电磁波时，第j圈圆环上天线第t个单元激励相位应为为t＝1,2,…,N_j，激励信号幅度记为I_j，当圆环上单元数N_j足够多时，同心圆环阵列的辐射方向图表达式为