电磁涡旋成像理论与方法

《电磁涡旋成像理论与方法》系统阐述涡旋电磁波及其在雷达成像应用中的新研究成果。《电磁涡旋成像理论与方法》共8章，主要内容包括：涡旋电磁波的物理特性、面向成像的涡旋电磁波产生方法、涡旋电磁波测量与目标散射特性、电磁涡旋成像原理与数学模型、电磁涡旋成像目标重构方法、基于SBL的高分辨率电磁涡旋成像方法，以及电磁涡旋成像方面的若干开放性问题。
《电磁涡旋成像理论与方法》概括涡旋电磁波基本特性及电磁涡旋成像原理、成像模型和成像方法等重要问题的认识，兼具理论前沿性和学术优选性。《电磁涡旋成像理论与方法》建立并形成电磁涡旋成像理论与方法体系，不仅能够丰富电磁涡旋基础理论与应用技术，而且也能为新体制雷达探测与成像技术的发展提供有益的借鉴。

《空间信息获取与处理前沿技术丛书》序
前言
第1章 概论 1
1.1 引言 1
1.2 雷达成像技术概述 2
1.2.1 传统凝视成像技术概述2
1.2.2 微波关联成像技术概述 5
1.2.3 电磁涡旋成像研究现状 6
1.3 本书内容安排 10
参考文献 11
第2章 涡旋电磁波与轨道角动量物理特性 17
2.1 引言 17
2.2 电磁场基本理论与守恒法则 17
2.2.1 Maxwell-Lorentz方程 17
2.2.2 电磁波的辐射和传播 19
2.2.3 电磁能量与电磁动量 21
2.3 轨道角动量的内禀属性与辐射场特性 22
2.3.1 轨道角动量的内禀属性 22
2.3.2 不同极化条件下的辐射场分布与变化特性 24
2.4 涡旋电磁波传播特性 27
2.5 本章小结 30
参考文献 30
第3章 面向成像的涡旋电磁波产生方法 32
3.1 引言 32
3.2 涡旋电磁波产生原理与方法 33
3.2.1 涡旋电磁波产生基本原理 33
3.2.2 基于密度加权圆环阵列的涡旋电磁波产生方法 39
3.2.3 基于矩形阵和六边形阵的涡旋电磁波产生方法 43
3.3 辐射方向图优化设计方法 47
3.3.1 基于有向阵元的方向图优化方法 47
3.3.2 基于同心圆环阵列的方向图优化方法 50
3.4 基于同心圆环阵列的X波段轨道角动量波束产生方法 54
3.4.1 基于遗传算法的涡旋电磁波产生优化方法 54
3.4.2 天线单元设计及其对阵列方向图的影响分析 57
3.4.3 实用阵列设计范例 67
3.5 本章小结 71
参考文献 72
第4章 涡旋电磁波测量与目标散射特性 74
4.1 引言 74
4.2 涡旋电磁波接收与测量方法 74
4.2.1 涡旋电磁波接收与轨道角动量态测量方法 74
4.2.2 基于旋转多普勒频移的轨道角动量态测量方法 76
4.3 涡旋电磁场实测结果与质量分析 77
4.3.1 涡旋电磁波产生系统设计方案 78
4.3.2 阵列误差建模与分析 79
4.3.3 涡旋电磁场测量方法与测量结果分析 83
4.4 目标散射特性与调制作用 90
4.4.1 基于轨道角动量的RCS的定义 90
4.4.2 金属平板基于轨道角动量的RCS计算与特性分析 91
4.4.3 金属圆柱体的基于轨道角动量的RCS计算与特性分析 95
4.5 本章小结 98
参考文献 98
第5章 电磁涡旋成像原理与数学模型 100
5.1 引言 100
5.2 电磁涡旋成像基本原理 100
5.3 成像数学模型 102
5.3.1 多发多收工作模式 103
5.3.2 多发单收工作模式 106
5.3.3 斜视场景下成像模型 108
5.4 成像性能优势分析 110
5.4.1 成像分辨率分析比较 110
5.4.2 成像系统特点 113
5.5 本章小结 114
参考文献 115
第6章 电磁涡旋成像目标重构方法 117
6.1 引言 117
6.2 基于圆环阵列的成像方法 117
6.2.1 基于线性调频信号的成像模型 117
6.2.2 回波分析与成像处理方法 119
6.3 基于同心圆环阵列的电磁涡旋成像方法 121
6.3.1 辐射场设计方法 121
6.3.2 成像模型与成像处理 124
6.3.3 方向图综合后成像模型与成像结果 128
6.4 电磁涡旋成像实验数据验证 133
6.4.1 一维成像实测数据处理与分析 133
6.4.2 二维成像实测数据处理与分析 136
6.5 本章小结 139
参考文献 140
第7章 基于稀疏贝叶斯学习的高分辨率电磁涡旋成像方法 141
7.1 引言 141
7.2 电磁涡旋成像的稀疏表示模型 141
7.2.1 稀疏信号恢复基本理论回顾 142
7.2.2 稀疏信号表示模型 142
7.3 基于稀疏贝叶斯的图像重建方法 145
7.3.1 目标重构方法 145
7.3.2 高分辨二维成像 147
7.3.3 网格失配影响分析与校正 151
7.4 波束扫描条件下的稀疏贝叶斯成像方法 153
7.4.1 基于遗传算法的旁瓣抑制方法 153
7.4.2 波束扫描与分析 156
7.4.3 成像模型与成像处理方法 158
7.5 实验数据成像结果与分析 161
7.6 本章小结 163
参考文献 163
第8章 若干开放性问题 166
参考文献 168
附录 169