[发明专利]一种基于传播算子的涡旋电磁波超分辨测向方法

说明书

本发明涉及一种基于传播算子的涡旋电磁波超分辨测向方法，属于无线电探测领域。采用N元小型相控均匀圆阵天线作为发射天线，产生并发射不同模态的涡旋电磁波。为产生模态为l的涡旋电磁波，通过移相器依次给每个阵元天线施加2πnl/N的相移；涡旋电磁波遇到目标反射后形成涡旋回波信号，接收端采用独立的单一天线接收涡旋回波信号，对涡旋回波信号在OAM域进行采样；对采样后的涡旋回波信号进行近似变形构造接收信号矩阵；基于传播算子谱估计方法进行水平方位角估计，从而获得近场目标的角度信息，即实现在低信噪比、实时性高的情况下高精度水平方位角估计。

技术领域

本发明涉及一种基于传播算子的涡旋电磁波超分辨测向方法，属于无线电探测领域。

背景技术

现代战场电磁环境日益复杂，为实现弹药的最大毁伤，对无线电引信启动区的精度提出新的要求，不仅要求无线电引信能够精确定距，还应该给出目标精确的方位角信息。目前，无线电引信探测器识别目标方位的方法可以分为振幅法和相位法，识别目标方位在技术上通常多采用多象限分区识别方法，但这些方法都具有较大的随机性，且测向精度不高。轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)作为电磁波的一个重要且尚未充分利用的基础物理量，在物理层提供了一个新的信息调制维度，大大提升了电磁波的信息调制能力。具有轨道角动量的电磁波称为涡旋电磁波或者电磁涡旋，涡旋电磁波与经典平面波的一个主要区别是：涡旋电磁波波束内同一距离下复振幅和相位不再是一个恒定的常量，而是随着空间方位位置改变而变化。在涡旋电磁波照射下，探测区域内信号具有显著的空间起伏特性，波束内相同距离不同方位的目标处将形成具有差异性分布的电磁激励，有望在目标散射回波中蕴含更多的目标信息，从而可以进行信息的解耦与方位角的超分辨估计。

传统无线电测向技术利用相控阵波束扫描或者机械扫描在空间上进行目标搜索，其辐射的电磁波近似为平面波，而涡旋电磁波探测利用携带不同轨道角动量模式的电磁波涡旋对目标进行辐射。对于方位角相邻较近且距离相等的两个目标，传统无线电探测的回波信号相位差异性较小，无法被分辨；而对于涡旋电磁波来说，其在不同方向上的相位不一致性给相邻的两目标回波信号注入了相位信息的差异，从而可以被分辨出来，故相比传统无线电探测来说，涡旋波探测具有水平方位角的超分辨估计的能力。目前，涡旋波探测主要采用FFT算法和后向投影法来对目标回波进行信号处理，从而获取目标的方位角信息，但这些算法普遍运算量较大且在低信噪比的情况下分辨率较低，而基于传播算子算法(PM)的改进模型可在低信噪比的情况下进一步提高涡旋波探测的分辨率和目标方位角估计精度，且仅通过对协方差矩阵进行简单的线性运算，无需进行特征值分解即可得到所需要的噪声子空间，提高了算法的实时性，减小了运算量。

发明内容

本发明公开的一种基于传播算子的涡旋电磁波超分辨测向方法，要解决的技术问题是在低信噪比、高实时性的近场环境下，通过阵列天线产生涡旋电磁波对目标的水平方位角进行精确估计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明公开一种基于传播算子的涡旋电磁波超分辨测向方法，采用N元小型相控均匀圆阵天线作为发射天线，产生并发射不同模态的涡旋电磁波。为产生模态为l的涡旋电磁波，通过移相器依次给每个阵元天线施加2πnl/N的相移；涡旋电磁波遇到目标反射后形成涡旋回波信号，接收端采用独立的单一天线接收涡旋回波信号，对涡旋回波信号在OAM域进行采样；对采样后的涡旋回波信号进行近似变形构造接收信号矩阵；基于传播算子谱估计方法进行水平方位角估计，从而获得近场目标的角度信息，即实现在低信噪比、实时性高的情况下高精度水平方位角估计。

本发明公开的一种基于传播算子涡旋电磁波超分辨测向方法，包括如下步骤：

步骤一：建立发射阵列天线的坐标系模型；