【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涡旋波雷达成像，尤其涉及基于单一拓扑荷的涡旋波成像方法和装置。
技术介绍
1、涡旋电磁波通过在方位向引入变化的相位项，从而增加了信号的一个调制维度，有利于通信中信道容量的增加。涡旋电磁波，顾名思义，其与通常的平面波或球面波的区别在于其等相位面是涡旋面。这是从等相位面的角度来看，若从角动量的角度来看，涡旋波也称之为携带oam的电磁波，即具有轨道角动量的电磁波。对于涡旋波的研究，在光学频段具有很早的研究历史。例如，使用涡旋光波，可以生成光学镊子、光学扳手等等。这是由于角动量的时间变化率为力矩，因而可以利用轨道角动量来实现光波的机械工具功能。在此基础上，进入二十一世纪以来，具有轨道角动量的微波波段的涡旋电磁波获得了广泛的研究和关注。虽然微波波段的轨道角动量难以产生可以实际应用的力矩工具，然而其方位向的相位调制却为微波通信提供了额外的一维调制方式。
2、现代的无线通信系统存在的一个主要问题是电磁频谱的限制约束了信道容量的进一步增加。为了进一步提高频谱利用率，需要使用另外的维度，而涡旋电磁波恰好提供了这一点。具有不同拓扑荷的涡旋电磁波具有正交性，因此可以在具有不同拓扑荷的涡旋电磁波上传输同频信号，从而提高频谱利用率，提高通信系统的信道容量。
3、除了在无线通信上的应用，涡旋电磁波在雷达领域也获得了应用。使用具有多个涡旋波模式的电磁波，可以实现圆周向的分辨率，从而实现基于涡旋波的雷达成像。成像分辨率取决于模式带宽。
4、由于涡旋波成像需要使用较宽的模式带宽，因而需要产生较多的涡旋波模式。而对
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的是提供一种基于单一拓扑荷的涡旋波成像方法和装置、电子设备，能够解决现有技术中存在的多涡旋波模式的涡旋波生成系统复杂度高问的题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术实施例提供了一种基于单一拓扑荷的涡旋波成像方法，其中，该方法包括：
4、以涡旋波辐射天线的辐射口径面中心点为坐标原点，以所述坐标原点向目标区域的中心点的连线为z轴方向，构建坐标系；
5、在所述坐标系下建立可两自由度调整涡旋波波束指向的对象；
6、使用所述对象沿目标区域调整波束指向，使单一拓扑荷的涡旋波波束中心指向环绕所述目标区域作二自由度下的锥形扫描运动；其中，所述扫描锥角大小等于涡旋波方向图最大值之锥角；
7、确定在每个波束扫描位置处的接收散射信号；
8、对所述接收散射信号进行处理，得到目标区域的成像。
9、可选地，所述两自由度调整涡旋波波束指向的对象为机械系统或电子系统。
10、可选地，所述对象可供涡旋波天线辐射口径面绕口径面上相互垂直的两条线进行两自由度转动，以移动涡旋波天线波束的指向。
11、可选地，使用所述对象沿目标区域调整波束指向，使单一拓扑荷的涡旋波波束中心指向环绕所述目标区域作二自由度下的锥形扫描运动的步骤，包括：
12、通过将天线口径面绕第一旋转轴和第二旋转轴进行预设角度的旋转，使涡旋波波束的中心指向环绕目标区域作二自由度下的锥形扫描运动；
13、其中，所述第一旋转轴、所述第二旋转轴为涡旋波天线辐射口径面上相互垂直的两个对称轴。
14、可选地，确定在每个波束扫描位置处的接收散射信号的步骤，包括：
15、依据涡旋波辐射天线到目标区域中心点的距离，所述目标区域尺寸、涡旋波纵向中轴线与目标区域所在平面的交点相对于目标区域中心点的方位、地面上目标点的地面散射系数、所述目标点的位置坐标以及拓扑荷数，确定波束扫描位置处的接收散射信号。
16、本专利技术实施例还提供了一种基于单一拓扑荷的涡旋波成像装置，包括：
17、构建模块，用于以涡旋波辐射天线的辐射口径面中心点为坐标原点，以所述坐标原点向目标区域的中心点的连线为z轴方向，构建坐标系；
18、对象建立模块，用于在所述坐标系下建立可两自由度调整涡旋波波束指向的对象；
19、调整模块，用于使用所述对象沿目标区域调整波束指向，使单一拓扑荷的涡旋波波束中心指向环绕所述目标区域作二自由度下的锥形扫描运动；其中，所述扫描锥角大小等于涡旋波方向图最大值之锥角；
20、确定模块，用于确定在每个波束扫描位置处的接收散射信号；
21、处理模块，用于对所述接收散射信号进行处理，得到目标区域的成像。
22、可选地，所述两自由度调整涡旋波波束指向的对象为机械系统或电子系统。
23、可选地，所述对象可供涡旋波天线辐射口径面绕口径面上相互垂直的两条线进行两自由度转动，以移动涡旋波天线波束的指向。
24、可选地，所述调整模块具体用于：
25、通过将天线口径面绕第一旋转轴和第二旋转轴进行预设角度的旋转，使涡旋波波束的中心指向环绕目标区域作二自由度下的锥形扫描运动；
26、其中，所述第一旋转轴、所述第二旋转轴为涡旋波天线辐射口径面上相互垂直的两个对称轴。
27、可选地，所述确定模块具体用于：
28、依据涡旋波辐射天线到目标区域中心点的距离，所述目标区域尺寸、涡旋波纵向中轴线与目标区域所在平面的交点相对于目标区域中心点的方位、地面上目标点的地面散射系数、所述目标点的位置坐标以及拓扑荷数，确定波束扫描位置处的接收散射信号。
29、本专利技术实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现上述任意基于单一拓扑荷的涡旋波成像方法的步骤。
30、本申请实施例提供的基于单一拓扑荷的涡旋波成像方案，以涡旋波辐射天线的辐射口径面中心点为坐标原点，以坐标原点向目标区域的中心点的连线为z轴方向，构建坐标系；在坐标系下建立可两自由度调整涡旋波波束指向的对象；使用对象沿目标区域调整波束指向，使单一拓扑荷的涡旋波波束中心指向环绕目标区域作二自由度下的锥形扫描运动；确定在每个波束扫描位置处的接收散射信号；对接收散射信号进行处理，得到目标区域的成像。本申请实施例提供的方案，由于可以实现单个涡旋波模式的成像，因此能够降低涡旋波生成系统的复杂度。
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1.一种基于单一拓扑荷的涡旋波成像方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两自由度调整涡旋波波束指向的对象为机械系统或电子系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对象可供涡旋波天线辐射口径面绕口径面上相互垂直的两条线进行两自由度转动，以移动涡旋波天线波束的指向。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述对象沿目标区域调整波束指向，使单一拓扑荷的涡旋波波束中心指向环绕所述目标区域作二自由度下的锥形扫描运动的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定在每个波束扫描位置处的接收散射信号的步骤，包括：
6.一种基于单一拓扑荷的涡旋波成像装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述两自由度调整涡旋波波束指向的对象为机械系统或电子系统。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述对象可供涡旋波天线辐射口径面绕口径面上相互垂直的两条线进行两自由度转动，以移动涡旋波天线波束的指向。
9.根据权利要
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于单一拓扑荷的涡旋波成像方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两自由度调整涡旋波波束指向的对象为机械系统或电子系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对象可供涡旋波天线辐射口径面绕口径面上相互垂直的两条线进行两自由度转动，以移动涡旋波天线波束的指向。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述对象沿目标区域调整波束指向，使单一拓扑荷的涡旋波波束中心指向环绕所述目标区域作二自由度下的锥形扫描运动的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐波，朱科新，刘琳，颜金娥，白剑，盛新庆，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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