一种基于信息超构表面的探测识别方法、装置、系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，采用信息超构表面构成待识别的目标，探测器或者遥测器发射电磁波以探测待识别的目标；该信息超构表面通过时

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息超构表面的探测识别方法、装置、系统


[0001]本专利技术属于电磁波目标探测和识别领域，尤其是涉及一种基于信息超构表面的探测识别方法、装置、系统。

技术介绍

[0002]探测识别技术在社会生活、生产管理、安全管理甚至军事领域中应用的都十分广泛，随着高度发达的互联网技术与移动通信网络、物联网等
进行交叉与融合，探测识别技术应用日益广泛。最常见的信息识别卡，例如IC卡，即集成电路卡（Integrated Circuit Card），具有可读写、容量大、有加密功能、数据记录可靠等功能，但该技术为接触式卡片，识别信息依赖于专用设备、且无法远距离进行识别操作。再例如，ID卡，即身份识别卡（Identification Card），最常用的采用射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术，采用阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信的技术以达到识别目标的目的，其具有使用无线射频方式以进行非接触双向数据通信的功能，而且卡片成本低、寿命长。但是该技术读写距离短、读写系统工作灵活性低、数据存储和功能扩展能力弱。对于大范围移动的个人、车辆、集装箱等领域，需要增加识距离，如果采用有源RFID芯片、成本和功耗则进一步提升。另一方面，常用的信息识别卡，无论是IC卡、还是ID卡，其识别操作为一个主动进行的行为，且需要有明确的点对点的朝向性，即待识别的人或者物体需要主动地对准专用识别设备进行识别操作，在一些安全场景，如安防、或者边防边检等保密或者隐密场合，则该技术不合适。
[0003]现有一些满足远距离探测识别的网络通信技术，如基于Wifi或者ZigBee的远距离识别技术，但其本身其识别距离也是相对于传统识别技术的远距离，大都是米级的能力，且这些技术依赖于识别终端及无线通信网络，使用因素和使用场景受限，且一定程度上安全问题是最大的隐患，尤其在敏感领域应用，更容易受到信息安全方面的攻击。
[0004]综上所述，传统的识别技术的基本方法都是基于已知目标方向或者位置的识别，重在识别而不具备主动探测的功能，都是基于合作的方式，通过通信的方式来完成识别过程。对于一些非合作的场合，如安检、边防巡检、重大活动安防等场合，亟需更智能的和探测距离更远的探测识别方法，而利用目标的散射特性来探测识别目标的方案是可行的方案之一。
[0005]目标散射是指被探测物体或物质结构使入射无线电波在各个方向上的再辐射的现象，因此，目标散射特性通常包括散射截面、频谱响应、传播时延、极化特性和多普勒效应等。它们与目标的结构、大小、形状、取向、数量、位置和运动等特性紧密相联。通常地，对于特定频率的和特定方向的电磁波，特定目标的散射特征是基本保持不变的。了解这种联系就可能设计出合适的探测器或遥感器，使之能有效地识别一定类型的目标，并定量地检测目标特征。但是，传统的探测器或遥感器，比如传统雷达，仅能探测目标并定位，如雷达探测飞机、车辆等目标，只是识别飞机和车辆的外形、方位、速度等固有特征，表征的就是目标的散射特征，只有根据固有特征结合情报或者其他方式进一步分析，才能得到待检测目标的
部分信息，并不能直接识别或者解析目标所携带的信息，如目标的身份编号、驾驶人员的身份等信息、甚至权限范围等更深层信息。所以，当前的技术手段还无法使目标的散射特性直接携带并传输信息。
[0006]信息超构材料是传统微纳结构和超构材料数字信息化的进一步发展，其是由我国学者在国际上首创的超构材料新体系。信息超材构料在物理空间上构筑了数字空间，其是一个天然的新型电子信息系统平台，集物理调控和信息调控于一体，在与电磁波相互作用的同时实现信息感知与调控。
[0007]一般地，信息超构表面由N
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M个信息电磁超构单元周期性排列而成，N≥1且M≥1。通常对于信息电磁超构单元而言，在基本电磁结构或者电路上会加载元器件，如PIN二极管、变容二极管、FET管、MEMS器件等，构成电流或者电压可调控的电磁结构或者电路，即形成电磁感应结构。信息超构表面集成有逻辑控制芯片，如FPGA、CPLD、DSP等数字芯片，或者ARM、RISC
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及单片机芯片等芯片，对加载在单元结构上的元器件进行数字或者模拟控制。通过调节信息超构表面的单元上的调控元器件电流或电压值，可以实现对信息超构表面的每个单元的散射电磁场响应的幅度、相位、极化等调控，进而实现信息超构表面的散射电场或电波在空间上的新分布，以构造目标散射特征，其散射电场为：其中，θ和φ分别为空间上球坐标系下的两个方位角度，为电磁超构表面的单元散射电场方向图，为第(m，n)个电磁超构表面单元的编码对应的散射幅度值，k为对应响应频率的波数，d为电磁超构表面单元的周期间隔，为第(m，n)个电磁超构表面单元的编码对应的散射相位值，即对于1
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比特的码元，有“0”码元表征0离散相位值、“1”码元表征π离散相位值；对于2
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比特的码元，有“00”、“01”、“10”、“11”码元分别表征0、π/2、π、3π/2离散相位值，以此类推。
[0008]进一步，如在“Information metamaterials and metasurfacesT.J.Cui等，Journal of Materials Chemistry C,2017，5，3644
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3668”中所述，得益于信息超构材料的编码与其远场方向图之间的傅里叶变换关系，信息超构表面的编码满足卷积定理和加法定理，通过同时叠加不同的周期编码可以实现对电磁波高效灵活的控制，从而实现任意散射波束的赋形。
[0009]而且，信息超构表面可以对散射电场或电波进行时间编码调制，通过采用逻辑控制芯片(如FPGA或者单片机等)产生时变信号，实现时变反射系数Γ(t)。当入射波E
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(t)入射到该表面时，反射波可表示为，通过选取合适的时域编码序列，可实现对频谱的调控。时域反射波的频谱可采用卷积的方式表示为：
其中，为频域下的反射回波，为频域下的入射波，为频域下的反射回波的反射系数，a0为第0阶傅里叶级数项，a
k
为第k阶傅里叶级数项，f0为时域调制频率，即时域编码序列的重复频率。因此，可通过时变的回波的反射系数，控制反射回波的时域特性。对于传统器件或者反射表面，因为回波的反射系数是时不变的，故只存在a0项，不会出现后面的谐波项。而对于时域调制的信息超构表面，进行时间
‑
空间编码，比如，排列编码t0时刻为1编码码元、t1时刻为0编码码元、t2时刻为1编码码元、t3时刻为0编码码元
……
依此类推，其调制速率为百Hz、kHz或者MHz级，由于回波的反射系数是时变的，所以存在高阶傅里叶级数项，因而可产生非线性特性以调制频谱。利用控制电压/电流的组合来调节反射回波各阶谐波幅度，利用控制信号时延来调节反射回波各阶谐波相位，既可以实现反射回波各阶谐波幅相的独立调控，还可以实现多阶谐波的同时调控。
[0010]由此，通过时...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，所述目标散射特征回波是通过待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成，且调制过程以目标散射特征回波作为信息载体，按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息数据。2.根据权利要求1所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，所述按照预定帧结构编制的目标信息数据是根据发射的电磁波类型确定的。3.根据权利要求1所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行幅度、相位、极化任一种空间编码调制或多种空间编码同时调制形成目标散射特征回波。4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行时间编码调制形成时变的目标散射特征回波。5.一种基于信息超构表面的电磁波探测识别装置，其特征在于，该装置包括以下模块：电磁波发射模块，发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；信息接收模块，接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，所述目标散射特征回波是通过待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成，且调制过程以目标散射特征作回波为信息载体，按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；信息解析模块，解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗龙，姜汝丹，杨林军，赵兴，程强，
申请(专利权)人：江苏易珩空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：