基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115902887A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211602379.4(22)申请日2022.12.11(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人胡俊江婷吴文王颖(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师徐新艳(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法(57)摘要本发明公开了一种基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法，该方法基于同心圆环阵列构建了俯仰角和方位角的二维成像模型，对接收的回波和观测矩阵借助球谐函数实现低秩分解，引入正交匹配追踪算法对观测平面内的散射点进行目标重建，从而实现了对雷达目标俯仰角和方位角的二维联合成像。本发明提出的联合OMP算法和球谐分解的成像方式与传统的广义逆求解方式相比，能够实现更高的成像分辨率，同时能大大缩减成像过程的运算量，有效节约计算时间。CN115902887ACN115902887A权利要求书1/2页1.一种基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1，通过球谐展开前后的拟合运算确定球谐展开阶数；步骤2，构建平面波球谐展开下的回波模型；步骤3，采用正交匹配追踪法估算观测区域的散射系数；步骤4，输出目标俯仰角和方位角的二维目标图像。2.根据权利要求1所述基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法，其特征在于，步骤1中，关于平面波球谐展开的表达式具体为：其中，k为波数，i为虚部，r为阵列半径，l,m为整体坐标系下球谐展开的阶次，Y(·)为球谐函数，j(·)为第一类球贝塞尔函数。3.根据权利要求2所述基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法，其特征在于，成像过程中展开的阶数根据球谐展开前后的拟合结果来确定，具体的拟合操作为：在设定的系统工作频率和阵列半径下，采用单一模态的OAM波束照射目标，观察球谐分解后的回波与原回波一致时的分解阶数，该阶数即为所求的球谐展开阶数。4.根据权利要求2所述基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法，其特征在于，步骤2构建平面波球谐展开下的回波模型：其中，A(m)、B(m)、C分别表示正数阶模态、负数阶模态和零模态下的回波球谐展开情况；其中，分布序列Is为施加任意模态入射波时在目标上产生的感应电流，rs为同心圆环阵列的各个半径，l为球谐分解的阶数，m为拓扑荷数，θ和分别为各散射点在球坐标下距离原点的俯仰角和方位角，中包含了阵列各阵元在球坐标下距离原点的俯仰角和方位角。5.根据权利要求4所述基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法，其特征在于，所述的步骤3构建涡旋电磁波成像的稀疏表示模型：2CN115902887A权利要求书2/2页其中，为接收天线接收到的回波，为观测矩阵，为目标散射系数矢量，表征目标信息；M为系统发射的模态总数；观测矩阵的每一行表示某一涡旋电磁波模态在每个网格下的回波，每一列表示某一特定网格在每一涡旋电磁波模态下的回波；为球谐展开中有关各散射点的分解向量，为球谐展开中有关各阵元的分解向量；采用OMP算法进行方程的求解，重建各散射点的二维角信息。6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1‑5中任一所述的方法的步骤。7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1‑5中任一所述的方法的步骤。8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‑5中任一所述的方法的步骤。3CN115902887A说明书1/4页基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法技术领域[0001]本发明涉及雷达目标成像领域，具体涉及一种基于涡旋电磁波的快速高分辨率成像方法。背景技术[0002]随着现代科学技术的不断发展，人们对雷达成像的分辨率要求越来越高。而传统的雷达成像技术需要雷达与目标间的相对运动形成虚拟孔径，这严重制约了雷达综合探测能力的提升。而涡旋电磁波由于其特殊的螺旋型波前结构和模式数的无穷性、正交性为目标成像引入了新的旋转自由度，为突破传统雷达成像技术的瓶颈提供了一条可行的途径。[0003]涡旋电磁波关于俯仰角和方位角的二维成像结果可以直接通过求解成像模型方程轻松获取，但庞大的数据量使得借助广义逆求解方程的方法成为一件费时的事情，同时该方法下的成像结果往往分辨率较差。目前，也存在很多采用稀疏恢复方法对目标参数进行准确求解，可以显著提高目标重构图像的分辨率。但是，一方面，稀疏重建模型中大量OAM模态的传输需要足够的