【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达信号处理，特别是涉及一种基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法、装置和设备。
技术介绍
1、因为回波相位中包含轨道角动量(oam)模态和方位耦合的傅里叶对，携带轨道角动量(oam)的电磁涡旋波(emv)为雷达探测引入了一个全新的自由度。基于emv的雷达成像技术不仅能够单独实现前视成像，还能与传统的雷达成像系统(如逆合成孔径雷达isar、合成孔径雷达sar以及双基sar等)兼容，进而提升传统雷达成像方法的性能。这项技术可以获取前视场景中(如船只、飞机等)目标的二维或三维结构特征及尺寸信息。
2、然而，现有的emv产生方法存在明显的局限性。通常，emv的产生依赖于对均匀圆环阵列(uniform circulararray,uca)中的阵元实施步进式调相，但这种方法一次只能生成一种特定的oam模态。在雷达成像应用中，要求oam波束在短时间内传输多个oam模态，需要更快地切换oam模态以避免可能产生的方位像徙动现象，而传统的步进式调相方法难以满足这一需求。
3、当前的oam模态切换方法主要包括正负双模态耦合oam波束和波形分集方式复用oam模态。但是，正负双模态耦合oam波束尽管能够将切换时间减少一半，但在模态数量较多的情况下，仍然需要花费较多的传输时间。而波形分集方式则需要为每个oam模态找到多组正交的相位编码序列，以分离出高纯度的oam模态，这在实践中极具挑战性。因此，现有方法在高效传输多模态涡旋电磁波方面仍面临较大困难。
技术实现思路
1、基于
2、一种基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，所述方法包括：
3、根据频率分集生成用于发射的电磁涡旋波，获取多个目标位于相同俯仰角的锥面上的第一回波信号；
4、对所述第一回波信号进行多匹配滤波处理，得到多匹配滤波输出信号；对所述多匹配滤波输出信号进行非相干积累，得到一维距离像；
5、确定成像距离区域，对所述成像距离区域进行网格划分，得到若干距离单元，然后生成各所述距离单元对应的抵消参考信号；
6、根据所述抵消参考信号与所述第一回波信号进行计算，得到对应距离单元的第二回波信号；
7、设定轨道角动量模态间隔，根据轨道角动量模态间隔对所述第二回波信号进行下采样，计算补偿函数，通过所述补偿函数对轨道角动量模态进行贝塞尔项和残余相位项补偿，得到各距离单元数据；
8、根据各距离单元数据进行方位成像，得到距离单元对应的二维粗图像；
9、通过所述一维距离像对所述二维粗图像的各距离单元进行功率约束，得到成像区域的二维图像。
10、一种基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像装置，所述装置包括：
11、第一回波信号获取模块，用于根据频率分集生成用于发射的电磁涡旋波，获取多个目标位于相同俯仰角的锥面上的第一回波信号；
12、一维距离像获取模块，用于对所述第一回波信号进行多匹配滤波处理，得到多匹配滤波输出信号；对所述多匹配滤波输出信号进行非相干积累，得到一维距离像；
13、抵消参考信号计算模块，用于确定成像距离区域，对所述成像距离区域进行网格划分，得到若干距离单元，然后生成各所述距离单元对应的抵消参考信号；
14、第二回波信号获取模块，用于根据所述抵消参考信号与所述第一回波信号进行计算，得到对应距离单元的第二回波信号；
15、二维矩阵重建模块，用于设定轨道角动量模态间隔，根据轨道角动量模态间隔对所述第二回波信号进行下采样，计算补偿函数，通过所述补偿函数对轨道角动量模态进行贝塞尔项和残余相位项补偿，得到各距离单元数据；
16、二维粗图像构建模块，用于根据各距离单元数据进行方位成像，得到距离单元对应的二维粗图像；
17、二维图像构建模块，用于通过所述一维距离像对所述二维粗图像的各距离单元进行功率约束，得到成像区域的二维图像。
18、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法的步骤。
19、上述基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法、装置和设备。根据频率分集生成用于发射的电磁涡旋波，获取多个目标位于相同俯仰角的锥面上的第一回波信号；对第一回波信号进行多匹配滤波处理，得到多匹配滤波输出信号；对多匹配滤波输出信号进行非相干积累，得到一维距离像；确定成像距离区域，对成像距离区域进行网格划分，得到若干距离单元，然后生成各距离单元对应的抵消参考信号；根据抵消参考信号与第一回波信号进行计算，得到对应距离单元的第二回波信号；设定轨道角动量模态间隔，根据轨道角动量模态间隔对第二回波信号进行下采样，计算补偿函数，通过补偿函数对轨道角动量模态进行贝塞尔项和残余相位项补偿，得到各距离单元数据；根据各距离单元数据进行方位成像，得到距离单元对应的二维粗图像；通过一维距离像对二维粗图像的各距离单元进行功率约束，得到成像区域的二维图像。
20、本专利技术利用频率分集均匀圆环阵列产生轨道角动量复用的波束，实现单脉冲内遍历所有模态，能够快速生成多模态电磁涡旋波，通过发射电磁涡旋波获取第一回波信号；随后对第一回波信号进行两部分处理，一方面对第一回波信号进行多匹配滤波和非相干积累得到一维距离像；另一方面利用抵消参考信号对第一回波信号进行补偿，并利用补偿函数对第二回波信号进行贝塞尔项和残余相位项补偿得到各距离单元数据；然后利用各距离单元数据进行方位成像，得到距离单元对应的二维粗图像；进而结合一维距离像合成对目标的二维图像。通过这样的处理，可是实现仅通过单个脉冲回波数据，就能够获取回波信号中解耦合的方位和距离信息，通过对单个脉冲回波数据的补偿和移位处理，进而获取前视场景的二维电磁涡旋成像结果，实现了轨道角动量复用效率和成像速度的提升。
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1.一种基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，所述第一回波信号表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，对所述第一回波信号进行多匹配滤波处理，得到多匹配滤波输出信号，表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，对所述多匹配滤波输出信号进行非相干积累，得到一维距离像，表达式为：
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，确定成像距离区域，对所述成像距离区域进行网格划分，得到若干距离单元，然后生成各所述距离单元对应的抵消参考信号，包括：
6.根据权利要求5所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，根据所述抵消参考信号与所述第一回波信号进行计算，得到对应距离单元的第二回波信号，表达式为：
7.根据权利要求6所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，所述补偿函数的
8.根据权利要求7所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，根据各距离单元数据进行方位成像，得到距离单元对应的二维粗图像，包括：
9.一种基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像装置，其特征在于，所述装置包括：
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，所述第一回波信号表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，对所述第一回波信号进行多匹配滤波处理，得到多匹配滤波输出信号，表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，对所述多匹配滤波输出信号进行非相干积累，得到一维距离像，表达式为：
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于频率分集的单脉冲电磁涡旋成像方法，其特征在于，确定成像距离区域，对所述成像距离区域进行网格划分，得到若干距离单元，然后生成各所述距离单元对应的抵消参考信号，包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：刘康，谭政宽，刘红彦，程永强，王宏强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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