涡旋波雷达探测成像试验系统

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作为信息载体的电磁波除了采用传统携带信息方式，近年来其拥有的相位波前信息调制能力越来越受到关注。轨道角动量是电磁波一个重要的尚未加以充分利用的物理量，当对经典电磁波加载轨道角动量调制，其相位波前围绕波束轴旋转，形成具有螺旋形结构的涡旋电磁波。涡旋波雷达探测成像理论是近年来从物理学引入信息科学的一个新兴的研究方向，在信息调制与信息获取方面具有诱人的应用潜力，有望为雷达目标探测与超分辨成像研究提供新维度、新原理和新途径。涡旋波雷达探测与成像技术内涵丰富，涉及诸多研究方向：涡旋电磁波产生与辐射场优化技术、涡旋电磁波目标散射特性、电磁涡旋目标旋转多普勒探测技术、电磁涡旋目标超分辨与三维成像技术等。尽管当前涡旋波雷达存在诸多基础性、机理性问题亟待探索与系统性研究，部分关键技术仍不成熟，从理论走向工程应用面临较大挑战，但相关研究工作已经奠定了涡旋波雷达技术发展的坚实基础。

涡旋波雷达探测成像技术受到了各国的高度重视。在国内，国防科技大学、清华大学、浙江大学、电子科技大学、西安电子科技大学、合肥工业大学、西安交通大学等单位开展了相应的研究和试验工作。国防科技大学在涡旋电磁波产生、辐射场设计与优化、涡旋电磁波目标特性分析、旋转多普勒探测、电磁涡旋超分辨成像等方面开展了较为深入的研究工作，提出了圆形阵列相控阵体制涡旋电磁波产生方法，开展了多类经典目标的散射特性研究，研制了X波段电磁涡旋雷达探测成像系统，并在国际上率先进行了室外340米超分辨成像试验，获得超实孔径5.3倍分辨率的雷达图像。西安交通大学联合国防科技大学，利用反射型超表面，在太赫兹频段实现了高质量偏折涡旋波束的产生，模态分别为±1、±2、3。浙江大学在实验中利用环形行波缝隙天线产生X波段平面轨道角动量波束照射金属旋转物体上，验证了射频轨道角动量波束的旋转多普勒效应。合肥工业大学与电子科技大学在可调谐宽带多OAM模式涡旋电磁波产生机制、传输效应、及其在通信成像等方面的应用取得一系列研究成果。这些单位的相关理论研究与试验系统的建设有力支撑了涡旋雷达应用系统的应用潜力与发展方向。

图1 国防科技大学：电磁涡旋雷达探测成像系统与外场实验

图2 国防科技大学与西安交通大学：太赫兹偏折涡旋波产生实验

图3 浙江大学：旋转多普勒探测验证实验

图4 合肥工业大学与电子科技大学：可调谐宽带多OAM模式涡旋电磁波产生、传输及通信信道性能研究实验

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编辑：蒋文

审核：贾守新

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