【技术实现步骤摘要】
本申请涉及遥感探测领域，具体地，涉及一种多模态涡旋波雷达目标探测系统及设计方法。
技术介绍
1、相较于传统平面电磁波，电磁涡旋波具有螺旋分布的波前相位、特殊的环形天线方向图、独特的涡旋方位维信息等特点。近几年来，得益于其特殊的物理特性，电磁涡旋波在无线通信、雷达遥感探测、地形测高等领域受到了广泛地关注。在雷达领域，电磁涡旋波已应用于对目标的凝视成像、合成孔径成像等方向。通过变换轨道角动量的模态数，雷达可以获得涡旋方位维分辨率。国内学者分析了电磁涡旋波的涡旋方位维成像潜力并给出了相关的成像算法，给出了多发多收、多发单收环形天线下的涡旋电磁波回波信号模型并利用快速傅里叶变换算法实现了目标的距离-涡旋方位角二维聚焦。涡旋电磁波合成孔径成像实验表明电磁涡旋合成孔径雷达具有近距离分辨力较高的特点。
2、在实孔径高分辨成像的需求牵引下，电磁涡旋雷达的实物化、工程化已经成为高分辨成像雷达的热点领域之一。然而电磁涡旋雷达存在对系统集成度要求高，对工作模式及功能要求多的问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种多模态涡旋波雷达目标探测系统及设计方法。
2、第一方面，提供一种多模态涡旋波雷达目标探测系统，包括：控制计算机、信号设备、微波通道设备和天线设备；微波通道设备包括n通道发射组和n通道接收组；
3、控制计算机控制信号设备产生n路正交基带信号；
4、n通道发射组用于对n路正交基带信号进行上变频和滤波放大，得到n路射频信
5、天线设备用于对n路射频信号进行功分处理、功率放大和相位加权，得到n个模态的射频信号，并将n个模态的射频信号发射出去；
6、天线设备接收探测物体的回波信号，回波信号经n通道接收组后在信号设备内存储，并传送至控制计算机进行信号处理，得到目标探测结果。
7、在一个实施例中，n路正交基带信号为：
8、
9、其中，sm(t)为第m路正交基带信号，i为子脉冲标号，na为子脉冲个数，fi为第i个子脉冲的中心频率，fi为[-b/2，b/2]之间的随机数，b为正交基带信号的带宽，t为时间，ti为第i个子脉冲的脉冲宽度，0<ti<τ，τ为正交基带信号的脉宽，ki为第i个子脉冲的调频率，ki＝b/ti。
10、在一个实施例中，天线设备包括n个同心排布的环形阵列，每个环形阵列对应发射一个模态的射频信号；每个环形阵列包括多个天线单元，多个天线单元按照半波长间隔分布。
11、在一个实施例中，每个环形阵列的阵列半径为：
12、
13、其中，al为第l个环形阵列的半径，jl(x)为第l阶第一类贝塞尔函数，k为波乘数，k＝2π/λ，λ为载波波长，θp为波束俯仰角指向要求的角度。
14、在一个实施例中，射频信号的模态个数n，采用以下公式确定：
15、
16、其中，为涡旋方位角度分辨力要求的大小。
17、第二方面，提供一种多模态涡旋波雷达目标探测系统的设计方法，包括：
18、根据涡旋方位角度分辨力要求的大小，确定射频信号的模态个数n；
19、根据波束俯仰角指向要求的角度，确定每个模态对应的环形阵列的半径；
20、根据环形阵列的半径将n个环形阵列同心排布，每个环形阵列对应发射一个模态的射频信号；每个环形阵列包括多个天线单元，多个天线单元按照半波长间隔分布；
21、针对每个环形阵列计算每个天线单元调制激励的相位，将相位输入天线单元对应的tr模块；
22、确定信号设备产生的的n路正交基带信号为随机时宽的线性调频信号。
23、在一个实施例中，n路正交基带信号为：
24、
25、其中，sm(t)为第m路正交基带信号，i为子脉冲标号，na为子脉冲个数，fi为第i个子脉冲的中心频率，fi为[-b/2，b/2]之间的随机数，b为正交基带信号的带宽，t为时间，ti为第i个子脉冲的脉冲宽度，0<ti<τ，τ为正交基带信号的脉宽，ki为第i个子脉冲的调频率，ki＝b/ti。
26、在一个实施例中，每个环形阵列的阵列半径为：
27、
28、其中，al为第l个环形阵列的半径，jl(x)为第l阶第一类贝塞尔函数，k为波乘数，k＝2π/λ，λ为载波波长，θp为波束俯仰角指向要求的角度。
29、在一个实施例中，射频信号的模态个数n，采用以下公式确定：
30、
31、其中，为涡旋方位角度分辨力要求的大小。
32、相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请的多模态涡旋波雷达目标探测系统及设计方法，具有同时多模态生成的目标探测能力，一方面减小了系统的总重量，提高有效载荷占比；另一方面，具有更多的目标信息获取能力。多模态涡旋波雷达目标探测系统，通过相应控制可实现多种工作模式下，不同模态可以分时工作或同时工作。特别适合应用于静止平台高分辨探测等需要对实孔径分辨力要求严苛的场景；可以推广应用到抵近观测卫星、安检等平台；可以比较方便的通过更换发射信号及天线相位配置，将同时多模态改为多通道mimo探测系统；从而实现更多遥感探测功能。
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1.一种多模态涡旋波雷达目标探测系统，其特征在于，包括：控制计算机、信号设备、微波通道设备和天线设备；所述微波通道设备包括N通道发射组和N通道接收组；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述N路正交基带信号为：
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线设备包括N个同心排布的环形阵列，每个环形阵列对应发射一个模态的射频信号；每个环形阵列包括多个天线单元，所述多个天线单元按照半波长间隔分布。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述每个环形阵列的阵列半径为：
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述射频信号的模态个数N，采用以下公式确定：
6.一种多模态涡旋波雷达目标探测系统的设计方法，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述N路正交基带信号为：
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述每个环形阵列的阵列半径为：
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述射频信号的模态个数N，采用以下公式确定：
【技术特征摘要】
1.一种多模态涡旋波雷达目标探测系统，其特征在于，包括：控制计算机、信号设备、微波通道设备和天线设备；所述微波通道设备包括n通道发射组和n通道接收组；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述n路正交基带信号为：
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线设备包括n个同心排布的环形阵列，每个环形阵列对应发射一个模态的射频信号；每个环形阵列包括多个天线单元，所述多个天线单元按照半波长间隔分布。
4.如权利要求1所述的系统，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：李升远，游冬，李财品，吴涛，彭文灿，李奇，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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