周宁宁 朱士涛 年毅恒 田春明 张安学

(西安交通大学信息与通信工程学院多功能材料与结构教育部重点实验室 西安 710049)

1 引言

作为信息的载体，电磁波可由多个维度调制信息，如幅度、相位、频率和极化等[1]。根据经典电动力学理论，Maxwell方程所描述的电磁波包含线动量和角动量[2]，而角动量又包括自旋角动量(Spin Angular Momentum,SAM)和轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)[3]。理论上，携带轨道角动量的电磁波束具有无穷多种模态且各模态间相互正交，因此可实现模分复用从而提高频谱效率及信道容量以解决探测系统探测效率低的问题[4,5]。各模态的OAM波束的相位呈差异性分布，基于OAM波束的探测成像系统可从回波信号中获取更多的目标信息以实现高分辨率成像，因此，OAM波束在雷达探测领域也有着巨大的应用前景[6-10]。

针对OAM在雷达探测中的应用，相关学者进行了大量研究，主要包括基于OAM的目标重构及OAM波束的传播特性两个方面。针对基于OAM的目标重构，2013年，郭桂蓉团队[1]构建了基于OAM波束的成像模型，利用傅里叶变换的方法对回波信号进行处理，验证了OAM波束在雷达目标成像领域存在巨大的应用潜力。2017年，袁铁柱[6]分析了基于傅里叶变换电磁涡旋波成像方法，验证了目标处于小俯仰角条件下成像的可行性。2019年，Wang等人[7]提出一种涡流SAR(Synthetic Aperture Radar)成像方法，将OAM波束和条带SAR技术相结合，通过改进的距离多普勒(Range-Doppler,RD)算法来获取目标的二维图像。由仿真结果可知，该涡旋SAR成像方法的方位分辨率比常规SAR提高近8倍。2020年，Liu等人[8]研究了双耦合OAM波束的电磁涡流成像，采用傅里叶变换的方法对目标进行重建，有效缩短了传统成像所需要的时间，大大提高了雷达成像效率。……