[發明專利]基于渦旋電磁波的旋轉目標檢測方法

有效

• 申請號: 201710128926.2
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106707270B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 程永強;劉康;秦玉亮;王宏強;袁鐵柱;劉紅彥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發明提供一種基于渦旋電磁波的旋轉目標檢測方法。技術方案包括以下步驟：第一步，利用天線陣列發射渦旋電磁波；第二步，接收并處理回波信號，獲得多普勒頻率偏移；第三步，計算目標旋轉角速度信息，本步驟利用旋轉多普勒頻率偏移與發射信號的軌道角動量模式以及目標旋轉角速度之間的對應關系，計算目標旋轉角速度信息。本發明不依賴于傳統多普勒檢測要求的目標與雷達之間的徑向運動，可以在前視條件下實現對旋轉目標的檢測，可為目標識別、新體制雷達技術發展提供借鑒。

技術領域

本發明涉及雷達目標檢測與識別技術領域，特別涉及一種基于渦旋電磁波的旋轉類目標檢測方法。

背景技術

近年來，城市公共安全受到越來越廣泛的關注，特別是隨著小型飛行器的普及，城市低空安全面臨著越來越大的挑戰。同時，面向當今信息化條件下的軍事需求，目標識別在軍事打擊和防御等任務中發揮著重要作用，對諸多旋轉類特征的目標(如直升機、運輸機等)識別有著迫切的需求。

渦旋電磁波攜帶有軌道角動量，相位波前呈螺旋形結構。電磁角動量可以分為兩個部分：自旋角動量和軌道角動量。其中自旋角動量與電磁波的極化有關，軌道角動量與光的偏振、波前相位有關，是電磁波一個重要的尚未加以充分利用的物理量。當對電磁波加載軌道角動量調制時，將形成渦旋電磁波，可在其上調制所需的信息，提高了電磁波的信息傳遞和獲取能力，在旋轉目標探測和目標識別等應用領域具有較大的潛力。

現有的旋轉目標檢測技術主要利用微動多普勒信息的特征提取進行目標識別(Target detection and feature extraction in indoor and outdoor environmentsusing micro-Doppler analysis[R].Ottawa:Defense Research and DevelopmentCanada,2008)。雷達與目標之間的平動引起平動多普勒，目標的旋轉將會引起多普勒頻率的偏轉，即微多普勒效應。而當雷達視線徑向無多普勒分量或多普勒頻率偏移較小情況下幾乎無法有效檢測。相對于傳統平面波，利用渦旋電磁波的軌道角動量信息可以實現對多普勒信息的高效提取。基于渦旋電磁波的旋轉目標檢測方法，不需依賴雷達與目標間的平動，可以實現對旋轉多普勒信息、微弱多普勒頻率偏移信息的高效提取，從而實現旋轉目標的檢測。已有的檢測方法在光學領域中可以查找到，見文獻Detection of a SpinningObject Using Light's Orbital Angular Momentum[J].Martin P.J.Lavery etal.Science 341,537,2013。但基于渦旋電磁波的旋轉目標檢測方法在微波領域尚未有資料可查。

發明內容

本發明要解決的技術問題是利用攜帶軌道角動量的渦旋電磁波實現旋轉目標的檢測。

本發明的基本思想如圖1所示，通過發射渦旋電磁波照射旋轉目標，對接收的目標回波進行處理獲得旋轉多普勒頻率偏移信息，利用軌道角動量狀態模式(狀態模式也稱拓撲荷數)與旋轉多普勒頻率偏移、目標旋轉角速度Ω之間的對應關系，獲取目標的旋轉角速度信息。

本發明的技術方案如圖2所示，具體包括以下步驟：

第一步，利用天線陣列發射渦旋電磁波。

將N個天線陣元均勻排布在一個圓周上形成均勻圓陣；對各天線陣元施加信號激勵，形成渦旋電磁波作為發射信號，其中所述信號激勵是頻率相同、激勵幅度相同、初始相位與天線陣元方位有關的單頻等幅遞增式相位調制信號。

第二步，接收并處理回波信號。

采用單個天線接收目標回波，對目標回波采用以下任意一種方式處理獲得多普勒頻率偏移：第①種方式，將發射信號與接收的目標回波進行相參混頻，獲得目標旋轉多普勒頻率偏移；第②種方式，測量目標回波在一段時間內的相位變化量，通過對時間求導獲得目標回波的頻率，該頻率減去發射信號的頻率可得到目標旋轉多普勒頻率偏移。