基於電磁渦旋的雷達目標成像方法

《基於電磁渦旋的雷達目標成像方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由杜小勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於電磁渦旋的雷達目標成像方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜小勇
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

電磁渦旋是一種與軌道角動量相聯繫的、波前具有螺旋結構的電磁波。它是一種全新的信息載體，可望成為雷達探測領域的新手段。本項目擬從渦旋電磁場特性以及目標與場的相互作用機理入手，探索研究基於電磁渦旋的雷達目標成像理論與方法。結合電磁渦旋的相位分布特點，研究渦旋電磁場的產生和接收方法，利用相控陣列建立渦旋電磁場的收發實驗系統。針對典型的雷達目標，探索目標與渦旋電磁場的相互作用機理，建立目標在渦旋場照射下的電磁散射模型，研究目標的去渦旋效應，挖掘目標的雷達特性及其表征方法。通過分析回波信號的相位關係，研究接收陣列的相位補償方法。在此基礎上，利用渦旋場回波觀測反演目標電磁散射特性的空間分布，生成相應的圖像，形成電磁渦旋雷達目標成像的理論、模型和方法，為雷達目標探測與識別提供新的思路和技術支持。

結題摘要

電磁渦旋的等相面具有螺旋結構,通過信號波前的變化可實現相對靜止目標的成像。本項目重點探討渦旋電磁波照射下的雷達目標成像模型和方法,並建立相應的實驗系統。主要研究成果如下: （1）研究了渦旋波的傳播特性和渦旋波陣列天線的輻射特性。討論了電磁渦旋場解表達式和渦旋電磁波的傳播特性；針對遠場條件，分析了單圓環陣列和多圓環陣列的輻射特性，並仿真分析了該天線的方向圖和相位分布特點，研究了渦旋波模式數的提取方法及提取精度；分析驗證了微帶天線陣元之間的互耦特性，為渦旋波收發天線的設計提供了基礎。 （2）以環形陣列天線為基礎，建立了多入多出電磁渦旋激勵下的回波信號模型和成像方法，分析了電磁渦旋成像的解析度性能。 首先，分析了渦旋波激勵下的目標特性，建立了全渦旋模式寬頻回波的一般模型,研究了波數與距離時延、渦旋模式數與方位角變數之間的對偶關係。結果表明，利用OAM域的觀測可以實現方位向的高分辨。與同發射/接收模式或單接收模式相比，該模型可以充分利用多通道測量，提高信息增益。 其次,針對相同的收發渦旋模式，從理論上分析了渦旋電磁波的角解析度。針對環形陣列天線，從理論上推導了有限陣元條件下的天線對渦旋電磁波的輻射特性。結果表明，有限陣元天線的輻射場具有周期延拓特性。 最後，提出了多渦旋模式和單渦旋模式下基於反投影、濾波-傅立葉變換的電磁渦旋成像模型。研究結果表明，多渦旋模式能夠獲得更好的成像效果。針對渦旋模式數通常為整數的特點，研究了基於信號稀疏表示的雷達目標成像方法，提出了一種局部最佳化的散射中心提取方法，提高了散射中心類型參數的估計精度。 （3）設計並實現了渦旋電磁波收發實驗系統，利用暗室測量了單圓環天線的方向圖和相位分布，並從相位分布圖中提取了渦旋電磁波的渦旋模式數。實測結果與理論仿真結果的對比表明，該系統可產生較為純淨的渦旋電磁波。 本項目的研究成果可為波前調製新體制雷達的數據獲取、成像處理供技術支持。