[发明专利]一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像方法及装置

权利要求书

1.一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：雷达依次发射两个不同模态的涡旋电磁波，接收目标散射后的回波，对所述雷达接收的目标回波作二维逆傅里叶变换，得到目标的两幅幅度相同但相位不同的距离-方位二维图像；

步骤2：利用涡旋电磁波模态与目标方位角之间存在的近似对偶关系，在拓扑荷域对所获取的两幅距离-方位二维图像进行干涉处理，由干涉相位求得目标方位角；

步骤3：根据目标方位角求得目标俯仰向坐标；

步骤4：根据目标的二维图像以及俯仰向坐标，得到目标三维成像。

2.根据权利要求1所述的一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像方法，其特征在于，步骤1中获取目标的两幅距离-方位二维图像的方法为：

步骤1.1：建立雷达观测模型；

OXYZ为固定坐标系，Oxyz为固定目标坐标系，O为目标等效相位中心，雷达位于Z轴上，OX、OY、OZ分别为方位向、俯仰向和距离向，目标绕Y轴旋转，转角为θ∈[-Δθ/2,Δθ/2]，Δθ表示方位向转角大小，在固定目标坐标系Oxyz中，目标上散射点P的坐标表示为(x,y,z)；

步骤1.2：远场条件下，雷达发射线性调频信号，并加载轨道角动量调制形成涡旋电磁波，依次向空间发射模态为l₁和l₂的两个涡旋电磁波，接收目标散射后的回波；

步骤1.3：对所述雷达接收的目标回波作二维逆傅里叶变换，得到目标距离-方位二维成像结果。

3.根据权利要求2所述的一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像方法，其特征在于，步骤2中由干涉相位求得目标方位角的方法是：

步骤2.1：对两个模态下目标的距离-方位二维图像进行干涉处理，得到干涉相位为：

其中，

f(x,z,l₁)、f(x,z,l₂)表示模态为l₁和l₂的两个目标距离-方位二维散射分布函数，k₀＝2πf_c/c，f^*(x,z,l₂)为函数f(x,z,l₂)的共轭函数，f_c为线性调频信号的中心频率，c为光速，B为线性调频信号带宽，方位角为固定坐标系OXYZ中目标上一散射点P(x,y,z)在XOY平面内与X轴的夹角；

Δl＝l₂-l₁为两个涡旋电磁波模态的差值；

步骤2.2：求解得到目标方位角为：

4.根据权利要求3所述的一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像方法，其特征在于，则涡旋电磁波模态的差值Δl满足

5.根据权利要求4所述的一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像方法，其特征在于，步骤3中根据目标方位角求得目标俯仰向坐标的方法为：

其中，x为目标上散射点P在距离-方位二维图像上方位向的投影距离。

6.一种涡旋电磁波干涉的目标三维成像装置，其特征在于：包括以下模块：

目标距离-方位二维图像获取模块：用于根据雷达依次发射两个模态的涡旋电磁波，接收目标散射后的回波，对所述目标散射后的回波作二维逆傅里叶变换，得到目标的两幅幅度相同但相位不同的距离-方位二维图像；

目标方位角计算模块：用于利用涡旋电磁波模态与目标方位角之间存在的近似对偶关系，在拓扑荷域对所获取的两幅距离-方位二维图像进行干涉处理，由干涉相位求得目标方位角；

目标俯仰向坐标计算模块：用于根据目标方位角、方位向坐标求得目标俯仰向坐标；

三维成像模块；用于根据目标的二维图像以及俯仰向坐标，得到目标三维成像。