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摘要
涡旋电磁波携带轨道角动量。在SAR成像技术中，涡旋电磁波与雷达平台运动提供的多普勒信息相结合，可以实现更高分辨率的目标成像。本文研究了分数阶OAM涡旋SAR成像。首先，建立了侧视条带SAR成像模型。然后，推导了分数阶OAM的散射回波方程。最后，利用Chirp Scaling算法对高斯信噪比下的多点目标和单点目标进行了成像仿真。实验结果表明，与整数阶OAM涡旋SAR成像相比，分数阶OAM涡旋SAR成像在多目标和噪声环境下具有更强的鲁棒性，证明了分数阶涡旋SAR成像的有效性。
引言
携带轨道角动量的涡旋电磁波受到研究者的高度重视[1]。由于OAM在不同模式下的正交性，不同模式下的涡旋电磁波彼此独立[2]。因此，它们在高宽带数据传输中具有显著的应用潜力，并且在无线通信[3]、电磁成像[4]、SAR成像[5]和其他领域的研究中非常有前途。
在[6]中，G.国防科技大学的郭先生率先将涡旋电磁波应用于雷达成像领域，并指出涡旋电磁波在目标方位向成像方面具有巨大潜力，为新型雷达系统的发展提供了新的思路。在[7]中，K.刘军推导了多发射多接收（MIMO）和多发射单接收（MISO）两种模式下的回波信号模型，并通过快速傅里叶变换（FFT）和BP成像算法得到了目标的二维聚焦结果。在[8]中，H.Liu提出了一种基于分数阶OAM波束的电磁涡旋增强成像方法来对抗噪声的影响，并提出了一种利用均匀圆阵产生具有非整数OAM模式相位分布的分数阶OAM波束的方法，分析了其特性。在文献[9]中，基于侧视条涡SAR成像模型，J.Wang采用RD算法得到了目标成像结果。理论和仿真结果表明，与传统的SAR技术相比，侧视条涡SAR技术能够更清晰地表征波束中的目标。在[10]中，H.Zheng回顾了分数涡旋光束的理论模型、传输、产生、测量与应用等方面的最新进展，并考虑了未来可能的发展方向和挑战.
近年来，整数阶OAM涡旋SAR成像研究取得了许多成果。从目前的研究情况来看，分数阶OAM涡旋SAR成像具有重要意义。基于此，本文首先推导了侧视条带SAR的成像回波公式，然后选择Chirp Scaling算法对回波进行编码。最后对探测目标进行了仿真实验。实验结果表明，在多目标和噪声环境下，分数阶OAM涡旋SAR成像比整数阶成像具有更好的鲁棒性，为电磁涡旋SAR成像提供了一种可行的参考方案。
文章插图
结论
本文建立了分数阶OAM涡旋SAR的成像几何模型和回波信号模型。基于Chirp Scaling成像算法，通过点目标仿真实验验证了分数阶OAM涡旋SAR算法的有效性。在多目标成像场景中，不同OAM模式下的成像截面可以看出，分数阶比整数阶的成像效果更鲁棒。这是因为整数阶涡旋SAR成像回波中含有第一贝塞尔函数，贝塞尔函数会在一定程度上影响点目标的成像性能。理论和仿真结果表明，分数阶涡旋SAR成像在噪声环境下具有很强的鲁棒性。随着SNR的增加，成像性能变差，这是噪声信号严重干扰成像信号的结果。此外，分数OAM可以充分利用OAM模式的数量。因此，与传统的涡旋SAR成像方法相比，分数阶OAM的涡旋SAR成像方法具有更强的鲁棒性。
