涡旋电磁场在雷达成像中的高分辨率研究

"基于轨道角动量的雷达关联成像技术研究" 轨道角动量（OAM）在现代雷达成像技术中展现出了巨大的潜力，尤其是在提高成像分辨率方面。这篇研究探讨了涡旋电磁场（一种携带OAM的特殊电磁波形式）在雷达关联成像中的应用。传统的雷达成像系统受限于天线波束的局限，难以实现超分辨率成像，而OAM的引入则可能打破这一瓶颈。 涡旋电磁场的独特性质在于其等相位面呈螺旋形状，这导致了波前的空间差异化分布。这种差异性使得在不同区域的辐射场权重不一，为创建非相干的辐射场提供了可能，从而实现超分辨率成像。此外，不同OAM模态之间的正交性进一步增强了这种效果，使得雷达系统能通过多种OAM模式获取更丰富的信息，提高成像质量。 该研究选择雷达侧视成像体制，因为涡旋电磁场的幅度中空特性在此类体制中更为有利。基于轨道角动量的雷达关联成像模型被建立，并采用最小二乘算法进行图像重建。仿真结果显示，相较于传统信号，涡旋电磁场能够将成像分辨率提升1.8倍。然而，成像分辨率的提升受到涡旋电磁场幅度的圆对称性和中空结构特征的限制。 分析了成像结果，发现信噪比的提高对减少均方根误差有显著作用。当信噪比从-20 dB增加到20 dB时，均方根误差从27 dB降低到21 dB，这表明在高信噪比环境下，利用OAM的雷达成像系统能提供更为精确的图像。 这项工作深入研究了OAM在雷达成像中的应用，验证了其在提高成像分辨率方面的有效性，并指出了未来可能的研究方向，包括如何进一步优化涡旋电磁场的特性以克服现有限制，以及如何在实际雷达系统中有效集成OAM技术。这些研究对于推动雷达技术的发展，尤其是对于提升雷达系统在复杂环境下的探测能力和成像精度，具有重要的理论和实践意义。