基于涡旋电磁波的高分辨率SAR成像技术研究
发布时间：2022-01-04 00:15
携带轨道角动量的涡旋电磁波因其具有螺旋状的相位波前,可为信息调制带来更加丰富的自由度并极大地增加了其信息获取的能力。轨道角动量作为电磁场最基本的物理量之一,理论上可以产生无穷多种相互正交的调制模式。因此,轨道角动量分集复用技术在无线通信和雷达探测方面具有十分诱人的应用前景。合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）作为现今应用最为广泛的实用雷达系统,利用飞机或卫星等雷达搭载平台的移动通过合成可以得到很长的天线孔径来实现高分辨率成像。如果能将涡旋电磁波应用于SAR成像系统,不仅可以解决由于涡旋天线不能移动,实用性不强的问题,而且可以获得更高的电磁成像分辨率,并且有望解决普通的SAR不能实现在三维空间成像,无法得到目标俯仰角的问题。本文基于此,探究了涡旋电磁波在SAR成像系统中的应用,对电磁涡旋雷达成像原理、涡旋电磁波SAR成像系统模型、涡旋SAR信号回波方程、涡旋电磁波的SAR成像算法设计以及电磁涡旋SAR三维空间成像能力进行了深入研究,并对涡旋电磁波应用于SAR成像系统中的设计思路、技术方法以及成像优势进行了相关的分析。本文首先介绍了课题研究背景与意义以及...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高分3号条带SAR成像
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-(a)湖南省株洲地区水体(b)湖南省株洲地区水体监测图（2019年6月3日）监测图（2019年7月11日）图1.2高分3号株洲地区高分辨率SAR水体监测图像1.2.2轨道角动量与涡旋电磁波应用的研究进展涡旋电磁波的概念从光学涡旋中引进而来，在光学频段携带轨道角动量的涡旋波称之为光学涡旋，与之类似，在微波波段的涡旋电磁波称之为电磁涡旋。电磁波不仅含有能量，而且携带动量，动量又可分为线动量和角动量，二者都是守恒量。根据Humblet分解[21]，总的角动量又可以分为自旋角动量和轨道角动量。早在1909年，坡印廷[22]便预测了一定偏振状态下的光携带自旋角动量，并且能够传递到机械系统中。1936年，Beth[23]用实验验证了这一预测。自旋角动量与电磁场的极化相对应，已经得到了充分的研究与应用。轨道角动量与电磁波的相位波前的变化相联系，1992年荷兰物理学家L.Allen[4]等人在拉盖尔-高斯激光光束的特性的研究中提出了光学轨道角动量的概念。此后，轨道角动量在光学领域的研究迎来了蓬勃的发展。不同于自旋角动量相关联的圆极化只包含两种状态，轨道角动量具有无限多种相互正交的模态（拓扑荷）可张成一个高维的希尔伯特空间，可以在其上调制信息，在同一频率可以形成多个互相正交的传输通道，传输不同的信息，将这一技术称之为轨道角动量模分复用技术。轨道角动量模分复用技术可以有效地提高信息传递效率和信
捎镁?仍残握罅校║niformCircularArray,UCA）在无线射频段产生涡旋电磁波的方法。2010年Thidé带领团队经过实验探索，设计产生2.4GHz的涡旋电磁波，并进行通信实验[25]，验证了微波波段涡旋电磁波无线通信的可行性。2011年，他的团队在威尼斯河畔进行了世界上首次长距离涡旋电磁波和普通平面波的并行无线通信实验[26]，实现了长达442米无线传输，验证了轨道角动量信道复用技术在提高无线通信容量方面的可行性。随后，该团队使用同样的装置进行了轨道角动量相位编码信号和普通调频信号双轨道角动量通道同频传输实验，如图1.3所示，验证了轨道角动量编码调制与传统相位调制技术相兼容，并且具有抑制同频干扰和地面反射的能力[27]。在此之后，大量的讨论和研究朝着轨道角动量无线通信相关技术展开[28],[29]，很多研究也证明了电磁涡旋轨道角动量模分复用技术可以有效地提高系统信道容量和频谱利用率。2016年清华大学航空航天实验室完成了首次微波频段轨道角动量涡旋电磁波27.5公里长距离传输[30]。图1.3涡旋电磁波无线通信实验装置[27]轨道角动量作为电磁波尚未充分利用的物理量，从其发现以来便受到极高的重视，引来了研究的热潮，目前，其主要的研究方面包括电磁涡旋的产生和接收方法即各种用途的涡旋天线的设计，从最开始的螺旋相位板[31]（SpiralPhasePlate，SPP）到现在最常见的4类天线[32]：单一微带贴片天线、行波天线、阵列天线和超表面天线，技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡旋电磁波天线技术研究进展[J]. 郭忠义,汪彦哲,郑群,尹超逸,杨阳,宫玉彬. 雷达学报. 2019(05)
[2]基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法[J]. 方越,王鹏波,陈杰. 上海航天. 2018(06)
[3]涡旋电磁波及其在雷达中应用研究进展[J]. 刘康,黎湘,王宏强,程永强. 电子学报. 2018(09)
[4]轨道角动量电磁波在无线通信系统中的应用[J]. 黎璐玫,李文惠. 数字通信世界. 2018(01)
[5]高分三号卫星图像质量指标设计与验证[J]. 赵良波,李延,张庆君,刘杰,袁新哲,陈琦. 航天器工程. 2017(06)
[6]Advances in communications using optical vortices[J]. Jian Wang. Photonics Research. 2016(05)
[7]基于轨道角动量的自由空间光通信研究与进展[J]. 刘旭,马东堂. 半导体光电. 2014(05)
[8]基于电磁涡旋的雷达目标成像[J]. 郭桂蓉,胡卫东,杜小勇. 国防科技大学学报. 2013(06)
[9]星载SAR成像处理算法综述[J]. 李春升,杨威,王鹏波. 雷达学报. 2013(01)
博士论文
[1]MIMO雷达成像算法研究[D]. 王怀军.国防科学技术大学 2010
本文编号：3567261
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高分3号条带SAR成像
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-(a)湖南省株洲地区水体(b)湖南省株洲地区水体监测图（2019年6月3日）监测图（2019年7月11日）图1.2高分3号株洲地区高分辨率SAR水体监测图像1.2.2轨道角动量与涡旋电磁波应用的研究进展涡旋电磁波的概念从光学涡旋中引进而来，在光学频段携带轨道角动量的涡旋波称之为光学涡旋，与之类似，在微波波段的涡旋电磁波称之为电磁涡旋。电磁波不仅含有能量，而且携带动量，动量又可分为线动量和角动量，二者都是守恒量。根据Humblet分解[21]，总的角动量又可以分为自旋角动量和轨道角动量。早在1909年，坡印廷[22]便预测了一定偏振状态下的光携带自旋角动量，并且能够传递到机械系统中。1936年，Beth[23]用实验验证了这一预测。自旋角动量与电磁场的极化相对应，已经得到了充分的研究与应用。轨道角动量与电磁波的相位波前的变化相联系，1992年荷兰物理学家L.Allen[4]等人在拉盖尔-高斯激光光束的特性的研究中提出了光学轨道角动量的概念。此后，轨道角动量在光学领域的研究迎来了蓬勃的发展。不同于自旋角动量相关联的圆极化只包含两种状态，轨道角动量具有无限多种相互正交的模态（拓扑荷）可张成一个高维的希尔伯特空间，可以在其上调制信息，在同一频率可以形成多个互相正交的传输通道，传输不同的信息，将这一技术称之为轨道角动量模分复用技术。轨道角动量模分复用技术可以有效地提高信息传递效率和信
捎镁?仍残握罅校║niformCircularArray,UCA）在无线射频段产生涡旋电磁波的方法。2010年Thidé带领团队经过实验探索，设计产生2.4GHz的涡旋电磁波，并进行通信实验[25]，验证了微波波段涡旋电磁波无线通信的可行性。2011年，他的团队在威尼斯河畔进行了世界上首次长距离涡旋电磁波和普通平面波的并行无线通信实验[26]，实现了长达442米无线传输，验证了轨道角动量信道复用技术在提高无线通信容量方面的可行性。随后，该团队使用同样的装置进行了轨道角动量相位编码信号和普通调频信号双轨道角动量通道同频传输实验，如图1.3所示，验证了轨道角动量编码调制与传统相位调制技术相兼容，并且具有抑制同频干扰和地面反射的能力[27]。在此之后，大量的讨论和研究朝着轨道角动量无线通信相关技术展开[28],[29]，很多研究也证明了电磁涡旋轨道角动量模分复用技术可以有效地提高系统信道容量和频谱利用率。2016年清华大学航空航天实验室完成了首次微波频段轨道角动量涡旋电磁波27.5公里长距离传输[30]。图1.3涡旋电磁波无线通信实验装置[27]轨道角动量作为电磁波尚未充分利用的物理量，从其发现以来便受到极高的重视，引来了研究的热潮，目前，其主要的研究方面包括电磁涡旋的产生和接收方法即各种用途的涡旋天线的设计，从最开始的螺旋相位板[31]（SpiralPhasePlate，SPP）到现在最常见的4类天线[32]：单一微带贴片天线、行波天线、阵列天线和超表面天线，技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡旋电磁波天线技术研究进展[J]. 郭忠义,汪彦哲,郑群,尹超逸,杨阳,宫玉彬. 雷达学报. 2019(05)
[2]基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法[J]. 方越,王鹏波,陈杰. 上海航天. 2018(06)
[3]涡旋电磁波及其在雷达中应用研究进展[J]. 刘康,黎湘,王宏强,程永强. 电子学报. 2018(09)
[4]轨道角动量电磁波在无线通信系统中的应用[J]. 黎璐玫,李文惠. 数字通信世界. 2018(01)
[5]高分三号卫星图像质量指标设计与验证[J]. 赵良波,李延,张庆君,刘杰,袁新哲,陈琦. 航天器工程. 2017(06)
[6]Advances in communications using optical vortices[J]. Jian Wang. Photonics Research. 2016(05)
[7]基于轨道角动量的自由空间光通信研究与进展[J]. 刘旭,马东堂. 半导体光电. 2014(05)
[8]基于电磁涡旋的雷达目标成像[J]. 郭桂蓉,胡卫东,杜小勇. 国防科技大学学报. 2013(06)
[9]星载SAR成像处理算法综述[J]. 李春升,杨威,王鹏波. 雷达学报. 2013(01)
博士论文
[1]MIMO雷达成像算法研究[D]. 王怀军.国防科学技术大学 2010
本文编号：3567261
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