[發明專利]一種電磁渦旋雷達同心圓環陣列設計方法

在審

• 申請號: 202010852074.3
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112505689A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 李升遠;段崇棣;李錦偉;張升;李財品
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G06F30/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種電磁渦旋雷達同心圓環陣列設計方法，依據陣列半徑與方向圖主瓣間的對應關系，通過新的電磁渦旋雷達同心圓環陣列設計算法，將高低模態渦旋電磁特性相結合，根據天線方向圖與貝塞爾函數的相關性，建立了陣列半徑與方向圖主瓣間的對應關系，再利用函數擬合得到了陣列半徑與俯仰主瓣指向間的線性關系式，完成渦旋電磁波的圓環陣列設計，渦旋電磁波各模態方向圖指向誤差較小，低模態下誤差明顯下降，適用于電磁渦旋雷達陣列的實際工程應用。

技術領域

本發明涉及一種電磁渦旋雷達同心圓環陣列設計方法，屬于雷達技術領域。

背景技術

相較于傳統平面電磁波，電磁渦旋波具有螺旋分布的波前相位、特殊的環 形天線方向圖、獨特的渦旋方位維信息等特點。近幾年來，得益于其特殊的物 理特性，電磁渦旋波在無線通信、雷達遙感探測、地形測高等領域受到了廣泛 地關注。在雷達領域，電磁渦旋波已應用于對目標的凝視成像、合成孔徑成像 等方向。通過變換軌道角動量的模態數，雷達可以獲得渦旋方位維分辨率。國 內學者分析了電磁渦旋波的渦旋方位維成像潛力并給出了相關的成像算法。國 防科大給出了多發多收、多發單收環形天線下的渦旋電磁波回波信號模型并利 用快速傅里葉變換算法實現了目標的距離-渦旋方位角二維聚焦。中科院電子所 基于環形天線渦旋電磁波進行了合成孔徑成像實驗，表明電磁渦旋合成孔徑雷 達具有近距離分辨力較高的特點。

電磁渦旋天線方向圖有別于傳統平面波方向圖，其主瓣呈中空的環形分布。 為了進行渦旋方位維的成像，需要對不同模態渦旋電磁波的主瓣進行調整，使 其指向統一方向。目前，針對多模態渦旋電磁波主瓣指向控制問題，較為可行 的方案是通過多個同心圓環陣列半徑發射不同模態的渦旋電磁波從而使得指向 趨向于一致。使用同心圓環陣列，需要對各圈圓環陣列半徑進行設計。現有方 法采用高模態渦旋波擬合陣列半徑與發射模態數間的對應函數，然而該方法低 模態電磁渦旋波的指向較設計方向誤差較大，且當主板指向的變化時，其設計 性能也隨之產生較大變動。

目前國內外對于高低模態指向一致的同心圓環陣列半徑設計研究未見公開， 因此亟需一種能顯著減小各模態方向圖指向誤差的同心圓環陣列半徑設計方法， 這也是電磁渦旋雷達工程化需考慮的重要問題之一。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對目前現有技術中，傳統高模態渦旋波擬合 陣列半徑與發射模態數間對應函數計算方法存在的指向設計誤差較大的問題， 提出了一種電磁渦旋雷達同心圓環陣列設計方法。

本發明解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種電磁渦旋雷達同心圓環陣列設計方法，步驟如下：

(1)獲取電磁渦旋雷達同心圓環圈數M、各圈同心圓環發射模態l_m，根據 所得數據確定發射方向圖俯仰角指向θ_p；

(2)根據步驟(1)所得發射方向圖俯仰角指向θ_p，獲取發射方向圖信號 強度隨發射模態及俯仰角指向變化的二維分布圖，并確定發射模態的輻射方向 圖信號強度U的表達式；

(3)利用步驟(2)所得二維分布圖計算各圈同心圓環發射模態l_m于輻射 方向圖信號強度最大值情況下對應的歸一化半徑系數β_m，擬合歸一化半徑系數 β_m與各圈同心圓環發射模態關系式；

(4)根據步驟(3)所得歸一化半徑系數β_m與各圈同心圓環發射模態關系 式計算各圈同心圓環半徑，根據所得半徑完成同心圓環陣列的設計。

所述步驟(2)中，發射模態的輻射方向圖信號強度U的表達式具體為：

β_m＝a_m/λ