[发明专利]一种基于可编程超表面的二相编码一维距离成像方法

权利要求书

1.一种基于可编程超表面的二相编码一维距离成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过控制可编程超表面的单元状态实现不同的数字辐射相位，进而将喇叭天线辐射出的波束转至指定方向，记为u₀，同时通过编程改变远区场辐射相位，实现二相编码的生成，从而获取信息；

步骤2、使用遗传算法来选取二相编码；

步骤3、在可编程超表面上获取数字编码模式；

步骤4、通过在相同远区场模式中引入复数加权因子e^jπ，得到另外一个数字编码模式，两种数字编码产生的波束指向相同方向，但拥有180°的相位差，通过遗传算法选取的二相码切换两种编码模式，接收机在不同时间段接收到相位差为180°的两种信号，因此二相编码信号通过切换上述两种数字编码进行发射。

2.根据权利要求1所述的基于可编程超表面的二相编码一维距离成像方法，其特征在于，所述步骤1中生成二相编码包括以下步骤：

发射信号s_t(t)表示为如下式子：

其中，a(t)和分别为发射信号的幅度和相位，j为虚数表示，f_c为载频，t为时间，对于二相编码信号，只包含两种不同的值：0和π；

u(t)为s_t(t)的复包络，即：

其中，

其中N和τ₀分别为编码长度和单个编码的时宽，将等式(3)以及的值代入等式(2)，得到的u(t)表达式如下：

其中c_k只有1和-1两种不同取值，对应相位为0和π，rect表示矩形窗函数，k为0到N-1的累加表示；

U(f)为u(t)的傅里叶变换，即表达式为：

因此，s_t(t)的傅里叶变换S_t(f)为：

S_t(f)＝U(f-f_c) (6)

得到接收信号s_r(t)及其傅里叶变换形式S_r(f)，如下所示：

S_r(f)＝S_t(f)exp(-j2πfτ) (8)

其中τ为发射到接收的时延，j为虚数表示，t为时间；

经过匹配滤波和傅里叶逆变换IFFT后，提取到如下所示的信号：

从中读取其包含的散射点的距离信息。

3.根据权利要求2所述的基于可编程超表面的二相编码一维距离成像方法，其特征在于，所述步骤1中辐射出的波束转至u₀方向包括以下步骤：

当超表面上的单元对馈源照射误差进行相位补偿后，等相位面应与u₀方向垂直，超表面上每个单元都在馈源的远区场范围内，中心为O点，相位为0，则对于任意的点P(m,n)，其相位可表示为：

其中k为传播常数，R_i和R_o分别为P点和原点到馈源的距离，为P点的位置矢量，即从O点指向P点的矢量，为P点的理论相位，在二进制可编程超表面上，该相位必须根据就近原则量化为0或π。

4.根据权利要求3所述的基于可编程超表面的二相编码一维距离成像方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

目标的距离像模式为F_target(d)，它满足在目标点对应的距离上归一化幅度趋近于1，在其他点上趋近于0；

获得的距离像模式为F(d)，则其适应度函数为：

cost＝∑∑(F(d)-F_target(d))² (11)

根据其适应度函数来选取二相编码。

5.根据权利要求4所述的基于可编程超表面的二相编码一维距离成像方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

可编程超表面的远区场写为孔径场写为AF(m,n,k)；其中，θ表示远区场的俯仰角，表示远区场的方位角，m表示数字单元的行，n表示数字单元的列，k表示离散的时间间隔；超表面的孔径场AF(m,n,k)通过其远区场的傅里叶变换获得，将远区场的傅里叶变换表示为即AF(m,n,k)可从获得，从而可得到数字编码模式。