一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法技术

本发明专利技术公开了一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，在理想条件下基于矩阵束算法涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，分为在极小角度上的单模态识别和纯度计算以及在极小角度上奇偶混合双模态识别和纯度计算。本发明专利技术在小角度上对OAM电磁场进行采样，利用矩阵束处理方法对理想远场条件下的电磁场进行单模态和任意奇偶混合双模态的解调和纯度计算，为OAM在通信中的应用提供一种可行的新方法，以推动轨道角动量涡旋电磁波在远区场的应用。在远区场的应用。在远区场的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法


[0001]本专利技术属于轨道角动量涡旋电磁波的解调
，具体涉及一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法。

技术介绍

[0002]携带轨道角动量的涡旋电磁波具有中心电场幅度为零的特点，即为中空波束，当将其用于无线通信时，波束中空区域面积随着距离和轨道角动量拓扑荷的增加会而不断增大，造成能量的发散和大幅度损耗。另一方面，轨道角动量涡旋电磁波通常需要全口径接收后才能够精确地解调出对应的模态信息。然而，轨道角动量涡旋电磁波的扩散就会造成在远区无法对其全口径接收，从而限制了其在远区场的应用。
[0003]此外有研究发现，相同极化的混合模态涡旋电磁波因模态叠加会产生单束或者多束的笔状波束，也就是说在远场区域，只能对混合模态的涡旋电磁波进行局部接收。但局部的接收因没有获取全口径上的相位信息，不同OAM模态之间的正交性会遭到一定程度的破坏，从而也无法精确解调出混合模态的轨道角动量涡旋电磁波的模态信息。
[0004]所以，研究小角度部分口径准确接收解调涡旋电磁波技术是十分必要且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，在理想条件下基于矩阵束算法涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，分为在极小角度上的单模态识别和纯度计算以及在极小角度上奇偶混合双模态识别和纯度计算。2.根据权利要求1所述的一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，所述在极小角度上的单模态识别和纯度计算包括以下步骤；步骤11：在涡旋电磁波波束发散角所对应的固定俯仰角θ下，沿着方位角等间隔地选取4个采样点，并在4个采样点位置处采样理想电场rE，得到rE的实部和虚部；步骤12：对所得到的rE的实、虚部分别进行如式(1)给出的矩阵束分解，识别出模态数及对应模态数的实部和虚部的系数：式中w[n]为观测噪声，{R
i
,a
i
,w
i
}为第i个复指数函数的幅度、衰减因子和角频率，若令则则步骤13:根据矩阵束分解结果进行纯度计算；步骤14:对比purity_mpm(l
i
)和purity_fft(l
i
)，两者的最大值为模态l
i
的纯度，即purity(l
i
)＝max(purity_mpm(l
i
)，purity_fft(l
i
))
ꢀꢀꢀꢀ
(3)。3.根据权利要求2所述的一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，所述步骤11具体如下：步骤11：在OAM涡旋电磁波所对应的固定俯仰角θ下，沿着方位角，任意位置phi_start为起点，等间隔地选取4个采样点，4个采样点的方位角分别为其中采样角度为为采样间隔d_phi需要满足采样定理：同时，d_phi满足为整数的条件，这里令在理想条件下，采样间隔需大于等于0.01
°
，采样得到rE实部和虚部和虚部4.根据权利要求2所述的一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，所述步骤12具体流程如下：步骤12.1：对MPM的阶数进行预估，取阶数的初始值为L＝N/2，其中N为采样点数；步骤12.2：分别构建rE实部和虚部的Hankel矩阵Y1，Y
22
步骤12.3：对Y1，Y2进行奇异值分解(SVD),Y1，Y2写成如下形式写成如下形式其中上标H表示共轭转置，这里酉矩阵U1是的特征向量,酉矩阵U2是的特征向量,酉矩阵V1是的特征向量和酉矩阵V2是的特征向量，Σ1和Σ2分别是矩阵Y1和Y2的奇异值组成的对角矩阵，即：即：通过奇异值分解可得Σ1＝{σ
1,
……
,σ
L
},Σ2＝{σ
′1,
……
,σ
′
L
}，这里σ1>σ1>
…
>σ
L
，σ
′1>σ
′2>
…
>σ
′
L
；步骤12.4:选取一个合适的tol(筛选阈值)，一般取e
‑4<tol<e
‑8,得到阶数为P
k
的矩阵，阶数P
k
的选取准则为：由式(7)得到V1,V2的截断阶数P1，P2，构造截断后的矩阵V
′1，V
′2，其中矩阵V
′1是矩阵V1保留前P1列得到，矩阵V
′2是矩阵V2保留前P2列得到；步骤12.5:将V
′
k
(k＝1,2)，分别去掉第一行和第二行，得到S
k1
，S
k2
，求解下式的广义特征值，得到z
ki
(k＝1,2；i＝1,
……
,M)从而OAM波的模态数可以求得l
1i
＝angle(z
1i
)/d_phi,l
2i
＝angle(z
2i
)/d_phi,(i＝1,
……
,M)；步骤12.6:实虚部对应的系数R_re
i
和R_im
i
(i＝1,
……
,M)通过最小二乘解得到，即即步骤12.7：根据式(10)进行延拓，得到全口径上的实虚部的值
其中5.根据权利要求2所述的一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，所述步骤13具体步骤如下：步骤13.1:求解OAM模态为l
k
＝
‑
100到l
k
＝100时所对应的幅度power(l
k
)，即查找l
1i
(i＝1,
……
,M)中与l
k
最接近的值所对应i值，以及查找l
2j
(j＝1,
……
,M)中与l
k
最接近的值所对应j值，power(l
k
)计算为power(l
k
)＝|R_re
i
+1j*R_im
j
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)从而获得不同模态的功率对总功率的占比，即purity_mpm(l
i
)为由功率计算的OAM模态l
i
的纯度。步骤13.2：由步骤12.7所得到全周期的rE实虚部的值计算得到全口径理想远场rE如下：代入基于全口径的谱分析法，进行全周期的离散傅里叶变换，从而通过扩展采样计算的OAM模态l
i
的纯度purity_fft(l
i
)为)为6.根据权利要求1所述的一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，所述在极小角度上奇偶混合双模态识别和纯度计算包括以下步骤：步骤21：在涡旋电磁波波束发散角所对应的固定俯仰角下θ，沿着方位角等间隔地选取8个采样点，并在8个采样点位置处采样理想电场rE。得到rE的实部和虚部。步骤22：对所得到的rE实部和虚部数据进行预处理，得到步骤23：分别对进行矩阵束分解；步骤24:根据矩阵束分解结果进行纯度计算。
7.根据权利要求6所述的一种轨道角动量涡旋电磁波的极小角度部分口径解调方法，其特征在于，所述步骤21具体为：在发散角对应的俯仰角θ下，沿着方位角等间隔地选取8个采样点，并将8个点的中心对称轴作为的坐标轴。8个采样点的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：史琰，胡婷婷，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：