基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及一种基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法及装置。所述方法包括：利用目标成像回波方程生成主OAM模态回波和副OAM模态回波，根据成像算法分别对主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消除处理和OAM域相位干涉处理，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果，根据成像算法分别对非零参考OAM模态和零模态回波进行散焦消除处理和OAM域相位干涉处理，得到全方位无缠绕的干涉相位结果；利用缠绕的干涉相位结果和全方位无缠绕的干涉相位结果进行计算，对得到的无相位缠绕干涉相位结果进行反演计算，得到雷达前视目标成像结果。采用本方法能够降低电磁涡旋三维成像雷达系统复杂度和成本。统复杂度和成本。统复杂度和成本。

【技术实现步骤摘要】
基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法及装置


[0001]本申请涉及雷达成像
，特别是涉及一种基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法及装置。

技术介绍

[0002]传统雷达干涉三维成像技术中，主要基于空间基线配置形成多角度观测，通过不同位置的主、副天线辐射传统平面电磁波照射雷达前视目标，处理回波信号获得二维高分辨雷达复图像，利用波程差相位差异性，实现目标的第三维信息的重构。通常，更高的重构精度要求设计更长的基线长度，增加了系统负担和成本，且在空间尺寸受限的诸多载体平台中难以应用。涡旋电磁波是一种携带轨道角动量的特殊电磁波，其相位波前呈扭曲螺旋状分布。不同于传统干涉雷达的传统平面电磁波激励，涡旋电磁波照射下，主
‑
副OAM模态回波干涉相位、目标方位角信息以及OAM模式数间存在确定的调制关系，利用这一特性可以实现雷达前视目标成像,涡旋电磁波在雷达目标旋转多普勒探测与超分辨成像领域得到广泛关注和研究，展现了其优于传统雷达探测与成像方法的优势和潜力。
[0003]目前，在电磁涡旋雷达三维成像方面，主要方法是基于遍历不同OAM模态范围的前视目标成像方法，但该方法需要产生大量携带不同OAM模态数的涡旋电磁波，极大增加了电磁涡旋三维成像雷达系统复杂度和成本。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低电磁涡旋三维成像雷达系统复杂度和成本的基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法及装置。
[0005]一种基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法，所述方法包括：
[0006]利用雷达平台向前视观测场景运动，根据圆形阵列天线产生固定频率带宽并携带两个不同OAM模态的涡旋电磁波照射前视区域目标，得到目标后向散射系数和位置信息；
[0007]根据雷达
‑
目标几何关系和目标后向散射系数和位置信息对发射信号的调制作用构建目标成像回波方程；
[0008]利用目标成像回波方程生成主OAM模态回波和副OAM模态回波，根据成像算法分别对主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消除处理，得到距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像；
[0009]对距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果；
[0010]根据成像算法分别对非零参考OAM模态和零模态回波进行散焦消除处理和OAM域相位干涉处理，得到全方位无缠绕的轨道角动量干涉相位结果；
[0011]利用缠绕的轨道角动量干涉相位结果和全方位无缠绕的轨道角动量干涉相位结果进行计算，得到无相位缠绕的轨道角动量干涉相位结果；
[0012]对无相位缠绕的轨道角动量干涉相位结果进行反演计算，得到雷达前视目标成像
结果。
[0013]在其中一个实施例中，根据雷达
‑
目标几何关系和目标后向散射系数和位置信息对发射信号的调制作用构建目标成像回波方程，包括：
[0014]根据雷达
‑
目标几何关系和目标后向散射系数和位置信息对发射信号的调制作用构建目标成像回波方程为
[0015][0016]其中，f
′
∈[f
c
‑
B
r
/2,f
c
+B
r
/2]表示频率变量，l＝l
M
表示主OAM模态回波，l＝l
S
表示副OAM模态回波，N是天线的阵元数,n表示发射阵元的序号，m表示接收阵元的序号，表示发射端涡旋电磁波与坐标为的目标相互激励结果，表示接收端波束形成的传统电磁波与目标相互激励结果，φ
n
为阵元方位位置，ψ
m
为接收阵元激励相位，k为波数矢量，r
n
、r
m
为发射阵元、接收阵元到目标的距离矢量，为目标第q＝1,2,3,...,Q个散射中心的RCS系数，Q表示散射中心总数，q表示散射中心序号，为雷达与目标之间瞬时斜距，z∈[
‑
L/2,L/2]为雷达前视运动航迹位置变量，c为电磁波在真空中传播速度，j表示虚数单位，π为圆周率，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数，H
l
和K
l
表示不同的回波系数。
[0017]在其中一个实施例中，根据成像算法分别对主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消除处理，得到距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像，包括：
[0018]根据BPA算法或PFI成像算法分别对主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消除处理，得到距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像为
[0019][0020]其中，表示主OAM模态收发双程方向图函数，为副OAM模态收发双程方向图函数，表示收发双程综合波束指向，R表示距离变量，θ表示俯仰角变量，表示目标散射点俯仰角，表示目标散射点方位角，表示目标距离聚焦结果，表示目标俯仰聚焦结果。
[0021]在其中一个实施例中，对距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果，包括：
[0022]对距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到轨道角动量
干涉相位结果；
[0023]对轨道角动量干涉相位结果进行计算，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果。
[0024]在其中一个实施例中，对距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到轨道角动量干涉相位结果，包括：
[0025]对距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到轨道角动量干涉相位结果为
[0026][0027]其中，Δl表示OAM模态差，σ
α,β
表示像素点的散射系数,表示目标距离聚焦结果的像素点形式，α表示距离像素点索引，β表示俯仰像素点索引，表示像素点的距离，表示像素点的俯仰角，表示像素点的方位角,表示目标俯仰聚焦结果像素点形式。
[0028]在其中一个实施例中，对轨道角动量干涉相位结果进行计算，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果，包括：
[0029]对轨道角动量干涉相位结果进行计算，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果为
[0030]φ
VEiR
‑
wrap
(α,β；|Δl|＝2l
max
)＝φ
VEiR
‑
Ture
(α,β；|Δl|＝2l
max
)
‑
2π
·
ξ(α,β)
[0031]其中，l
M
＝
‑
l
S
＝l
max
，ξ(α,β)表示模糊数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道角动量干涉的雷达前视成像方法，其特征在于，所述方法包括：利用雷达平台向前视观测场景运动，根据圆形阵列天线产生固定频率带宽并携带两个不同OAM模态的涡旋电磁波照射前视区域目标，得到目标后向散射系数和位置信息；根据雷达
‑
目标几何关系和所述目标后向散射系数和位置信息对发射信号的调制作用构建目标成像回波方程；利用所述目标成像回波方程生成主OAM模态回波和副OAM模态回波，根据成像算法分别对所述主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消除处理，得到距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像；对所述距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果；根据成像算法分别对非零参考OAM模态和零模态回波进行散焦消除处理和OAM域相位干涉处理，得到全方位无缠绕的轨道角动量干涉相位结果；利用所述缠绕的轨道角动量干涉相位结果和所述全方位无缠绕的轨道角动量干涉相位结果进行计算，得到无相位缠绕的轨道角动量干涉相位结果；对所述无相位缠绕的轨道角动量干涉相位结果进行反演计算，得到雷达前视目标成像结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据雷达
‑
目标几何关系和所述目标后向散射系数和位置信息对发射信号的调制作用构建目标成像回波方程，包括：根据雷达
‑
目标几何关系和所述目标后向散射系数和位置信息对发射信号的调制作用构建目标成像回波方程为其中，f
′
∈[f
c
‑
B
r
/2,f
c
+B
r
/2]表示频率变量，l＝l
M
表示主OAM模态回波，l＝l
S
表示副OAM模态回波，N是天线的阵元数,n表示发射阵元的序号，m表示接收阵元的序号，表示发射端涡旋电磁波与坐标为的目标相互激励结果，表示接收端波束形成的传统电磁波与目标相互激励结果，φ
n
为阵元方位位置，ψ
m
为接收阵元激励相位，k为波数矢量，r
n
、r
m
为发射阵元、接收阵元到目标的距离矢量，为目标第q＝1,2,3,...,Q个散射中心的RCS系数，Q表示散射中心总数，q表示散射中心序号，为雷达与目标之间瞬时斜距，z∈[
‑
L/2,L/2]为雷达前视运动航迹位置变量，c为电磁波在真空中传播速度，j表示虚数单位，π为圆周率，exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数，H
l
和K
l
表示不同的回波系数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据成像算法分别对所述主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消除处理，得到距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像，包括：根据BPA算法或PFI成像算法分别对所述主OAM模态回波和副OAM模态回波进行散焦消
除处理，得到距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像为其中，表示主OAM模态收发双程方向图函数，为副OAM模态收发双程方向图函数，表示收发双程综合波束指向，R表示距离变量，θ表示俯仰角变量，表示目标散射点俯仰角，表示目标散射点方位角，表示目标距离聚焦结果，表示目标俯仰聚焦结果。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述距离
‑
俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到缠绕的轨道角动量干涉相位结果，包括：对所述距离
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俯仰二维高分辨雷达复数图像进行OAM域相位干涉处理，得到轨道角动量干涉相位结果；对所述轨道角动量干涉相位结果进行计算，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘康，王建秋，程永强，刘红彦，王宏强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：