[发明专利]一种基于太赫兹涡旋电磁波无损检测方法

说明书

本发明公开一种基于太赫兹涡旋电磁波无损检测方法，可实现在雷达与目标间的横向相对运动很小情况下突破传统实孔径成像分辨率，在一定程度上改善雷达的角分辨能力，解决目前实孔径雷达装备分辨率不高的问题。其实现步骤是：1.选定太赫兹频段作为无损检测技术的频段。2.太赫兹微波信号产生。3.确定涡旋电磁波发射模态以及天线个数。4.确定环形阵列构型。5.计算天线不同模态调制激励相位，产生涡旋电磁波。6.利用太赫兹涡旋电磁波对被检测物体进行照射。7.接收被检测物体回波信号。8.根据检测需求进行数据的反演及成像。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及一种基于太赫兹涡旋电磁波无损检测方法，可实现在雷达与目标间的横向相对运动很小或者相对静止情况下突破传统实孔径成像分辨率，在一定程度上改善雷达的角分辨能力，解决目前实孔径雷达装备分辨率不高的问题。

背景技术

太赫兹涡旋电磁波无损检测技术来源于装备发展部领域基金项目，太赫兹频段结合电磁波在材料无损检测技术具有重要的应用场景，有望解决常规雷达对目标检测造成损伤及分辨率不高的问题。

常规的雷达频段如L\S\C\X\Ku\Ka等频段容易对介质材料、半导体材料造成损伤，因此不适合作为涡旋电磁波雷达无损检测的频段。而利用太赫兹波对大部分干燥、非金属、非极性材料(如泡沫、陶瓷、玻璃、树脂、涂料、橡胶和复合物等)较好的穿透能力,并结合各种成像技术,就可以对材料中的缺陷进行检测。无损检测正在成为太赫兹技术的主要应用之一。作为一种新兴的亚表面定量检测技术,太赫兹无损检测广泛适用于航天飞机外挂燃料箱防热材料、泡沫夹芯雷达天线罩板块等多种材料与结构的检测。而涡旋电磁波就是一种携带轨道角动量等相位面为涡旋状的电磁波。由于涡旋电磁波在空间中具有独特的分布，因此当其照射到目标上时，相当于传统的平面波从多个角度入射，因而在空间信息收集方面具有独特的优势。由于其等相位面是随模式数变化的，因此可通过遍历模式数从而在短时间内实现多维的空间采样，这样就比现行的雷达体制在空间信息收集方面更具优势。轨道角动量所提供的全新信息维度和其特有的传播方式，可以使我们获得关于目标的更多信息，这也为未来雷达探测及成像领域的突破提供了一种全新的可能。

在涡旋电磁波照射下，探测区域内信号具有显著的空间起伏特性，波束内相同距离不同目标处将形成具有差异性分布的电磁激励，从而可以进行信息的解耦与超分辨处理。因此，涡旋电磁波雷达可实现在雷达与目标间的横向相对运动很小情况下突破传统实孔径成像分辨率，在一定程度上改善雷达的角分辨能力，解决目前实孔径雷达装备分辨率不高的问题。此外，对于涡旋电磁波雷达，由于其携带轨道角动量与目标存在对耦关系使得其具备三维成像的能力。因此，其在航空航天复合材料无损检测具有重要的应用场景。目前，对于基于太赫兹涡旋电磁波的无损检测技术研究未见公开报道。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于太赫兹涡旋电磁波无损检测方法，可实现在雷达与目标间的横向相对运动很小或者相对静止情况下突破传统实孔径成像分辨率，在一定程度上改善雷达的角分辨能力，解决目前实孔径雷达装备分辨率不高的问题。

本发明的技术方案是：一种基于太赫兹涡旋电磁波无损检测方法，步骤如下：

步骤1选定太赫兹频段作为无损检测技术的频段；

步骤2由信号源产生基带信号，发射机对基带信号进行正交调制、倍频和滤波放大处理后，输出指定频段范围太赫兹频段的射频信号；功放对发射机输出射频信号进行功率预放大，得到放大后的射频信号；

步骤3确定涡旋电磁波的发射模态l₁,l₂,…,l_M，其中M为模态个数；根据确定的发射模态，以绝对值最大模态数|l_m|_max为基准，确定环阵天线个数N；

步骤4以环形阵列半径a进行环阵天线排布；