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2026年
15卷
第5期
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2026, 15(5): 1487-1507.
摘要
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电磁波信息传输与获取自由度的提升一直是雷达目标探测性能增强的物理基础，在传统时、空、频、极化调制外，携带有轨道角动量的涡旋电磁波为雷达目标探测提供了“波前”这一新的信息承载维度。该文首先介绍了电磁涡旋雷达进行目标探测与成像的原理，分析比较了其技术特点；接着，对电磁涡旋雷达波束调控与目标散射特性研究现状进行了对比总结；进一步，综述了电磁涡旋雷达重要应用方向的发展历程与研究进展，包括目标成像、旋转多普勒探测、探测干扰一体化、雷达系统，并着重对处理方法进行了梳理分类与特点分析。最后，展望涡旋电磁波在探测以及干扰方面的潜力，指出未来发展的重点方向及若干关键科学技术问题。
电磁波信息传输与获取自由度的提升一直是雷达目标探测性能增强的物理基础，在传统时、空、频、极化调制外，携带有轨道角动量的涡旋电磁波为雷达目标探测提供了“波前”这一新的信息承载维度。该文首先介绍了电磁涡旋雷达进行目标探测与成像的原理，分析比较了其技术特点；接着，对电磁涡旋雷达波束调控与目标散射特性研究现状进行了对比总结；进一步，综述了电磁涡旋雷达重要应用方向的发展历程与研究进展，包括目标成像、旋转多普勒探测、探测干扰一体化、雷达系统，并着重对处理方法进行了梳理分类与特点分析。最后，展望涡旋电磁波在探测以及干扰方面的潜力，指出未来发展的重点方向及若干关键科学技术问题。
2026, 15(5): 1508-1527.
传统雷达能够实现对运动目标的探测，但当目标速度矢量方向与电磁波传播方向垂直时，其角向运动信息难以有效获取，从而在旋转目标运动趋势感知方面存在一定的探测盲区。携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波具有螺旋相位结构和环状辐射特性，在与旋转目标相互作用时会产生旋转多普勒效应，从而为获取目标的角向运动信息提供了新的技术途径。近年来，基于涡旋电磁波旋转多普勒效应的目标探测方法引起了国内外研究人员的广泛关注。该文系统综述了涡旋电磁波旋转多普勒探测技术的发展历程与研究进展，重点介绍了微波波段相关研究成果，包括基于相位与频谱特征的旋转多普勒探测方法，基于OAM模式特性的旋转多普勒探测方法以及基于涡旋电磁波的目标微动探测方法。最后，该文对现有研究中的主要问题进行了系统梳理，并对未来的发展方向及潜在应用前景进行了展望。
传统雷达能够实现对运动目标的探测，但当目标速度矢量方向与电磁波传播方向垂直时，其角向运动信息难以有效获取，从而在旋转目标运动趋势感知方面存在一定的探测盲区。携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波具有螺旋相位结构和环状辐射特性，在与旋转目标相互作用时会产生旋转多普勒效应，从而为获取目标的角向运动信息提供了新的技术途径。近年来，基于涡旋电磁波旋转多普勒效应的目标探测方法引起了国内外研究人员的广泛关注。该文系统综述了涡旋电磁波旋转多普勒探测技术的发展历程与研究进展，重点介绍了微波波段相关研究成果，包括基于相位与频谱特征的旋转多普勒探测方法，基于OAM模式特性的旋转多普勒探测方法以及基于涡旋电磁波的目标微动探测方法。最后，该文对现有研究中的主要问题进行了系统梳理，并对未来的发展方向及潜在应用前景进行了展望。
2026, 15(5): 1528-1551.
涡旋电磁波雷达利用携带轨道角动量的电磁波进行探测，可以在波束内提供独特的方位分辨能力并增强目标散射信息，在目标检测、成像与识别中具有重要潜力。然而，面对日益复杂的探测场景，传统涡旋电磁波雷达受限于电子器件带宽瓶颈，在宽带信号产生与调控方面面临巨大挑战，难以兼顾高距离分辨率与高方位分辨率。微波光子技术凭借其超宽带、低损耗及抗电磁干扰等天然优势，为突破上述限制提供了有效途径。该文介绍了微波光子宽带涡旋电磁波雷达的研究进展及其在前视成像领域的应用能力。首先，阐述了基于微波光子技术的宽带涡旋电磁信号收发架构与成像机理，深入分析了宽带条件下涡旋电磁波的频率依赖特性及其对成像的影响。其次，梳理了微波光子宽带移相、光控波束形成及宽带信号产生等关键技术，阐明其相较于传统电子方案的显著性能优势。在此基础上，展示了3种典型的微波光子宽带涡旋电磁波雷达系统方案，并通过原理样机实验验证了其在前视场景下的高分辨成像能力。最后，对微波光子宽带涡旋电磁波雷达未来的发展趋势进行了展望。
涡旋电磁波雷达利用携带轨道角动量的电磁波进行探测，可以在波束内提供独特的方位分辨能力并增强目标散射信息，在目标检测、成像与识别中具有重要潜力。然而，面对日益复杂的探测场景，传统涡旋电磁波雷达受限于电子器件带宽瓶颈，在宽带信号产生与调控方面面临巨大挑战，难以兼顾高距离分辨率与高方位分辨率。微波光子技术凭借其超宽带、低损耗及抗电磁干扰等天然优势，为突破上述限制提供了有效途径。该文介绍了微波光子宽带涡旋电磁波雷达的研究进展及其在前视成像领域的应用能力。首先，阐述了基于微波光子技术的宽带涡旋电磁信号收发架构与成像机理，深入分析了宽带条件下涡旋电磁波的频率依赖特性及其对成像的影响。其次，梳理了微波光子宽带移相、光控波束形成及宽带信号产生等关键技术，阐明其相较于传统电子方案的显著性能优势。在此基础上，展示了3种典型的微波光子宽带涡旋电磁波雷达系统方案，并通过原理样机实验验证了其在前视场景下的高分辨成像能力。最后，对微波光子宽带涡旋电磁波雷达未来的发展趋势进行了展望。
2026, 15(5): 1552-1565.
携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波在理论上能够提供无穷多组正交模态和差异性的螺旋波前相位梯度特性，可有效提升无线通信的频谱利用率和雷达的探测感知能力，在无线通信和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力。然而，多模态涡旋电磁波产生过程中易出现模态间串扰及模态纯度不平衡等问题，严重影响其在通信与雷达探测系统中的性能表现。针对上述问题，该文从数学原理出发，提出了一种基于1比特相位调控的多模态涡旋电磁波生成与优化新方法，可有效实现多模态涡旋电磁波(l = ±1, ±2, ···, ±n, n ∈ N+)的同时生成、模态间串扰抑制以及多模态纯度的一致性提升。为验证所提方法的有效性，该文通过数值仿真实现了16模态(l = ±1 & ±2 & ±3 & ±4 & ±5 & ±6 & ±7 & ±8)涡旋电磁波的复用生成与优化；进一步选取具有代表性的8模态涡旋波(l = ±1 & ±2 & ±3 & ±4)示例，完成了相应透射型超表面设计、仿真、加工与实验验证。仿真与实测结果均表明基于该方法能够稳定产生目标多模态涡旋电磁波，其中模态干扰被有效抑制，各涡旋模态的模态纯度实现一致性优化。该研究为解决多模态涡旋电磁波的串扰与纯度控制难题提供了一条低相位调控复杂度、高灵活性且具有普适性的技术路径，为高容量涡旋通信与高分辨率雷达探测系统提供了创新性的实现方案。
携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波在理论上能够提供无穷多组正交模态和差异性的螺旋波前相位梯度特性，可有效提升无线通信的频谱利用率和雷达的探测感知能力，在无线通信和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力。然而，多模态涡旋电磁波产生过程中易出现模态间串扰及模态纯度不平衡等问题，严重影响其在通信与雷达探测系统中的性能表现。针对上述问题，该文从数学原理出发，提出了一种基于1比特相位调控的多模态涡旋电磁波生成与优化新方法，可有效实现多模态涡旋电磁波(l = ±1, ±2, ···, ±n, n ∈ N+)的同时生成、模态间串扰抑制以及多模态纯度的一致性提升。为验证所提方法的有效性，该文通过数值仿真实现了16模态(l = ±1 & ±2 & ±3 & ±4 & ±5 & ±6 & ±7 & ±8)涡旋电磁波的复用生成与优化；进一步选取具有代表性的8模态涡旋波(l = ±1 & ±2 & ±3 & ±4)示例，完成了相应透射型超表面设计、仿真、加工与实验验证。仿真与实测结果均表明基于该方法能够稳定产生目标多模态涡旋电磁波，其中模态干扰被有效抑制，各涡旋模态的模态纯度实现一致性优化。该研究为解决多模态涡旋电磁波的串扰与纯度控制难题提供了一条低相位调控复杂度、高灵活性且具有普适性的技术路径，为高容量涡旋通信与高分辨率雷达探测系统提供了创新性的实现方案。
2026, 15(5): 1566-1577.
该文提出了一种透射型两比特可编程超表面的设计方法，并基于该超表面实现了多模电磁涡旋波束的生成与动态调控。所设计的超表面单元通过控制所加载PIN二极管的状态，在4.15 GHz中心频率处可以实现插入损耗低至1.2 dB的高效透射及精确的两比特相位量化调控。进一步构建了生成偏折涡旋波束所需的编码方案，并加工制作了超表面样件。近场扫描测试结果表明，该超表面能够生成多种模态的涡旋波束，且具有清晰的螺旋相位特征与环状幅度分布，中心频点处±2阶以内涡旋波束主模纯度均大于0.88；同时进行了远场方向图测试，验证了涡旋波束能够在0°～45°范围内动态扫描，且扫描增益损耗小于3 dB，实测结果与仿真吻合良好。该超表面涡旋波束动态调控方法在雷达成像与无线通信等领域具有较好的应用前景。
该文提出了一种透射型两比特可编程超表面的设计方法，并基于该超表面实现了多模电磁涡旋波束的生成与动态调控。所设计的超表面单元通过控制所加载PIN二极管的状态，在4.15 GHz中心频率处可以实现插入损耗低至1.2 dB的高效透射及精确的两比特相位量化调控。进一步构建了生成偏折涡旋波束所需的编码方案，并加工制作了超表面样件。近场扫描测试结果表明，该超表面能够生成多种模态的涡旋波束，且具有清晰的螺旋相位特征与环状幅度分布，中心频点处±2阶以内涡旋波束主模纯度均大于0.88；同时进行了远场方向图测试，验证了涡旋波束能够在0°～45°范围内动态扫描，且扫描增益损耗小于3 dB，实测结果与仿真吻合良好。该超表面涡旋波束动态调控方法在雷达成像与无线通信等领域具有较好的应用前景。
2026, 15(5): 1578-1594.
携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波能够满足现代雷达探测系统对高分辨率、高精度等的需求，而现有OAM波束的产生方法面临多模态纯度受限及阵元间互耦合严重等问题。为解决以上问题，该文首先基于均匀同心圆环阵列设计方法，设计并优化角锥喇叭天线单元，建立了多模态OAM阵列模型，通过双层金属地板设计方法抑制阵列中阵元间的互耦合效应，并对阵列构型进行优化，使其能够生成同指向高纯度的多模态OAM波束；在此基础上，使用遗传算法优化设计生成低旁瓣的多模态OAM波束。全波仿真表明，优化后阵列的有源反射系数低于–10 dB，阵元间互耦合得到显著抑制，所设计的阵列结构稳定，能够进行工程应用，并支持14种模态纯度超过0.92的同指向OAM波束和旁瓣低于–13 dB的OAM波束生成。最后，通过加工、测试与超分辨成像实验仿真验证了所设计阵列的性能。
携带轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波能够满足现代雷达探测系统对高分辨率、高精度等的需求，而现有OAM波束的产生方法面临多模态纯度受限及阵元间互耦合严重等问题。为解决以上问题，该文首先基于均匀同心圆环阵列设计方法，设计并优化角锥喇叭天线单元，建立了多模态OAM阵列模型，通过双层金属地板设计方法抑制阵列中阵元间的互耦合效应，并对阵列构型进行优化，使其能够生成同指向高纯度的多模态OAM波束；在此基础上，使用遗传算法优化设计生成低旁瓣的多模态OAM波束。全波仿真表明，优化后阵列的有源反射系数低于–10 dB，阵元间互耦合得到显著抑制，所设计的阵列结构稳定，能够进行工程应用，并支持14种模态纯度超过0.92的同指向OAM波束和旁瓣低于–13 dB的OAM波束生成。最后，通过加工、测试与超分辨成像实验仿真验证了所设计阵列的性能。
2026, 15(5): 1595-1611.
针对复杂电磁环境下的通信干扰挑战，为克服传统固定孔径天线难以实时重构波束和动态适应干扰环境的局限性，该文构建了一种基于可重构智能表面(RIS)的抗干扰OAM模式移位键控(OMSK)通信系统。首先建立了系统信道模型，推导了误码率与OAM模态纯度的解析关系，揭示了模态纯度是制约系统抗干扰性能的核心瓶颈，为RIS硬件的高纯度设计提供了理论依据。其次，设计了一款工作于5.1 GHz的2-bit双极化RIS，仿真证实其激发的各模态纯度均优于88%，实测纯度达74%以上。最后，搭建完整的OMSK无线通信原型系统，通过对照实验证实了OAM波束与平面波及不同模式间的强正交隔离特性，并基于多组模式跳变编码序列开展抗干扰通信测试。结果表明，在10 mW极低发射功率下，接收端RIS使系统丢包率从80%以上降至15%以下，等效EVM改善约10 dB，距离测试进一步量化了受波束发散制约的有效通信边界。上述结果表明，基于RIS的OMSK系统能够在低功率条件下实现可靠的无线通信。
针对复杂电磁环境下的通信干扰挑战，为克服传统固定孔径天线难以实时重构波束和动态适应干扰环境的局限性，该文构建了一种基于可重构智能表面(RIS)的抗干扰OAM模式移位键控(OMSK)通信系统。首先建立了系统信道模型，推导了误码率与OAM模态纯度的解析关系，揭示了模态纯度是制约系统抗干扰性能的核心瓶颈，为RIS硬件的高纯度设计提供了理论依据。其次，设计了一款工作于5.1 GHz的2-bit双极化RIS，仿真证实其激发的各模态纯度均优于88%，实测纯度达74%以上。最后，搭建完整的OMSK无线通信原型系统，通过对照实验证实了OAM波束与平面波及不同模式间的强正交隔离特性，并基于多组模式跳变编码序列开展抗干扰通信测试。结果表明，在10 mW极低发射功率下，接收端RIS使系统丢包率从80%以上降至15%以下，等效EVM改善约10 dB，距离测试进一步量化了受波束发散制约的有效通信边界。上述结果表明，基于RIS的OMSK系统能够在低功率条件下实现可靠的无线通信。
2026, 15(5): 1612-1628.
由于携带轨道角动量(OAM)，涡旋电磁波的波前相位结构呈螺旋状，其回波包含受贝塞尔函数调制的幅度项和受目标方位角调制的相位项，基于不同OAM模态可使目标散射点在方位角向得以差异性度量，从而实现目标方位角向高分辨成像。然而，现有方法需使用较多OAM模态对目标进行观测，且不同模态的涡旋回波贝塞尔函数项不一致会导致方位角成像分辨率下降。此外，贝塞尔函数项受目标散射点俯仰角调制，使回波俯仰角-方位角信息强耦合，当目标各散射点俯仰角存在差异时难以对其进行补偿，导致方位角分辨性能进一步急剧下降。因此，该文采用单模态涡旋电磁波观测目标，通过对回波信号进行补偿，将目标散射点方位角信息从回波相位提取至振幅中获得单模态期望信号，弱化俯仰角差异对信号幅度项的影响，从而降低俯仰角差异对方位角成像的影响。同时，利用其振幅时延分辨散射点方位角，从而基于单模态期望信号实现目标距离-方位角二维成像。仿真实验表明，所提方法的方位角分辨率在俯仰角存在差异时仍能接近衍射极限，且具有较好的鲁棒性。
由于携带轨道角动量(OAM)，涡旋电磁波的波前相位结构呈螺旋状，其回波包含受贝塞尔函数调制的幅度项和受目标方位角调制的相位项，基于不同OAM模态可使目标散射点在方位角向得以差异性度量，从而实现目标方位角向高分辨成像。然而，现有方法需使用较多OAM模态对目标进行观测，且不同模态的涡旋回波贝塞尔函数项不一致会导致方位角成像分辨率下降。此外，贝塞尔函数项受目标散射点俯仰角调制，使回波俯仰角-方位角信息强耦合，当目标各散射点俯仰角存在差异时难以对其进行补偿，导致方位角分辨性能进一步急剧下降。因此，该文采用单模态涡旋电磁波观测目标，通过对回波信号进行补偿，将目标散射点方位角信息从回波相位提取至振幅中获得单模态期望信号，弱化俯仰角差异对信号幅度项的影响，从而降低俯仰角差异对方位角成像的影响。同时，利用其振幅时延分辨散射点方位角，从而基于单模态期望信号实现目标距离-方位角二维成像。仿真实验表明，所提方法的方位角分辨率在俯仰角存在差异时仍能接近衍射极限，且具有较好的鲁棒性。
2026, 15(5): 1629-1649.
涡旋电磁波以其独特的螺旋形相位波前在雷达前视成像领域受到了广泛关注，然而，其贝塞尔函数形式的辐射强度限制了电磁涡旋雷达的作用距离、成像视场和俯仰维信息获取能力。为解决上述问题，该文从雷达前视成像应用所需的辐射场特性出发，设计了一种新的电磁波线性波前调制模式，借鉴涡旋电磁波调控方式，提出了基于均匀线阵的线性波前电磁波调制方法。全波仿真和辐射场特性测量实验结果表明，线性波前电磁波不仅拥有随俯仰角线性变化的波前相位，同时还具有聚合的波束主瓣，有效避免了涡旋电磁波的能量发散和轴向能量空洞问题。此外，线性波前电磁波的辐射场分布与俯仰、方位二维角度相关，基于该特性，该文建立了线性波前雷达前视三维成像模型，提出了基于旋转阵列和后向投影算法的目标俯仰-方位成像方法，并结合距离信息得到了三维成像结果。仿真结果表明，该文所提方法能够实现雷达前视区域目标的三维成像，在多目标场景和低信噪比条件下依然具有较好的成像性能，相较于现有电磁涡旋干涉三维成像方法和阵列实孔径三维成像方法具有明显性能优势。
涡旋电磁波以其独特的螺旋形相位波前在雷达前视成像领域受到了广泛关注，然而，其贝塞尔函数形式的辐射强度限制了电磁涡旋雷达的作用距离、成像视场和俯仰维信息获取能力。为解决上述问题，该文从雷达前视成像应用所需的辐射场特性出发，设计了一种新的电磁波线性波前调制模式，借鉴涡旋电磁波调控方式，提出了基于均匀线阵的线性波前电磁波调制方法。全波仿真和辐射场特性测量实验结果表明，线性波前电磁波不仅拥有随俯仰角线性变化的波前相位，同时还具有聚合的波束主瓣，有效避免了涡旋电磁波的能量发散和轴向能量空洞问题。此外，线性波前电磁波的辐射场分布与俯仰、方位二维角度相关，基于该特性，该文建立了线性波前雷达前视三维成像模型，提出了基于旋转阵列和后向投影算法的目标俯仰-方位成像方法，并结合距离信息得到了三维成像结果。仿真结果表明，该文所提方法能够实现雷达前视区域目标的三维成像，在多目标场景和低信噪比条件下依然具有较好的成像性能，相较于现有电磁涡旋干涉三维成像方法和阵列实孔径三维成像方法具有明显性能优势。
2026, 15(5): 1650-1668.
涡旋电磁波雷达(VEWR)利用轨道角动量(OAM)模态的正交性，理论上为突破传统雷达的方位向分辨率限制提供了新的物理维度，从而也为目标微动感知与前视成像开辟了新途径。然而，实际应用中有限可用模态与复杂电磁噪声导致严重的模态混叠和分辨率退化，现有稀疏成像方法普遍存在精度-效率失衡、噪声鲁棒性不足等问题。该文提出一种融合模态相关性加权与自适应正则化(MCW-AR)的超分辨成像框架。首先构建VEWR前视成像几何与波前调制信号模型；进而设计OAM模态相关矩阵量化模态间辐射能量的非均匀分布特性，通过贝塞尔函数幅值加权调制强化主导模态的低秩约束；最终建立联合稀疏性与低秩性的复合优化模型，引入自适应权重机制动态平衡结构保持与噪声抑制，并设计基于交替方向乘子法(ADMM)与增广拉格朗日乘子法(ALM)的联合优化框架，其中核心图像更新子问题采用动量加速的二维共轭梯度最小二乘(2D-CGLS)法高效求解。数值仿真与电磁仿真实验表明：该方法在有限模态和强噪声下仍能保持目标结构完整性，计算效率与成像质量得到显著提升。
涡旋电磁波雷达(VEWR)利用轨道角动量(OAM)模态的正交性，理论上为突破传统雷达的方位向分辨率限制提供了新的物理维度，从而也为目标微动感知与前视成像开辟了新途径。然而，实际应用中有限可用模态与复杂电磁噪声导致严重的模态混叠和分辨率退化，现有稀疏成像方法普遍存在精度-效率失衡、噪声鲁棒性不足等问题。该文提出一种融合模态相关性加权与自适应正则化(MCW-AR)的超分辨成像框架。首先构建VEWR前视成像几何与波前调制信号模型；进而设计OAM模态相关矩阵量化模态间辐射能量的非均匀分布特性，通过贝塞尔函数幅值加权调制强化主导模态的低秩约束；最终建立联合稀疏性与低秩性的复合优化模型，引入自适应权重机制动态平衡结构保持与噪声抑制，并设计基于交替方向乘子法(ADMM)与增广拉格朗日乘子法(ALM)的联合优化框架，其中核心图像更新子问题采用动量加速的二维共轭梯度最小二乘(2D-CGLS)法高效求解。数值仿真与电磁仿真实验表明：该方法在有限模态和强噪声下仍能保持目标结构完整性，计算效率与成像质量得到显著提升。
2026, 15(5): 1669-1681.
基于稀疏恢复模型的多模态OAM成像属于计算成像的范畴，目标重构可建模为一个由成像方程表征的线性逆问题。使用最小二乘法进行求解时，噪声扰动会对目标重构结果带来明显的不利影响，且由于成像方程往往欠定而存在多解，最小二乘法只追求数据拟合度，目标重构结果与真实情况相差较大。考虑到噪声带来的求解误差与参考矩阵的奇异值成反比，该文首先提出了一种基于阵元落差排布的阵列设计方法，相比于传统的均匀圆形阵列设计能增加阵元数量，降低参考矩阵列向量的相关性，减少了小奇异值的数量。在此基础上，提出了基于子空间投影算法的区域聚焦最小二乘算法，通过基本相关法确定目标区域后，将回波向量投影至目标区域线性子空间，在聚焦目标区域将欠定成像方程变成超定成像方程的同时，借助噪声与目标区域线性子空间的低相关性有效降低了噪声功率。最后，利用模拟实验的方法对所提算法进行了验证。
基于稀疏恢复模型的多模态OAM成像属于计算成像的范畴，目标重构可建模为一个由成像方程表征的线性逆问题。使用最小二乘法进行求解时，噪声扰动会对目标重构结果带来明显的不利影响，且由于成像方程往往欠定而存在多解，最小二乘法只追求数据拟合度，目标重构结果与真实情况相差较大。考虑到噪声带来的求解误差与参考矩阵的奇异值成反比，该文首先提出了一种基于阵元落差排布的阵列设计方法，相比于传统的均匀圆形阵列设计能增加阵元数量，降低参考矩阵列向量的相关性，减少了小奇异值的数量。在此基础上，提出了基于子空间投影算法的区域聚焦最小二乘算法，通过基本相关法确定目标区域后，将回波向量投影至目标区域线性子空间，在聚焦目标区域将欠定成像方程变成超定成像方程的同时，借助噪声与目标区域线性子空间的低相关性有效降低了噪声功率。最后，利用模拟实验的方法对所提算法进行了验证。
2026, 15(5): 1682-1697.
近年来，涡旋电磁波由于其独特的波前分布结构在运动目标探测方面具有重要价值，而准确估计径向多普勒和旋转多普勒频移是对运动目标平动、旋转运动参数进行高精度测量的关键。然而，现有基于涡旋电磁波的多普勒估计方法通常依赖于同时发射多个模态，在高速运动目标场景下需要额外先验信息处理多普勒模糊，并且径向-旋转多普勒分离精度有限。针对前述问题，该文提出了一种基于自适应分段稀疏表征(APWSR)瞬时频率估计的单模态涡旋电磁波径向-旋转多普勒分离方法。通过引入多普勒压缩技术，仅利用单模态回波即可实现径向与旋转多普勒分量的有效分离，并利用APWSR实现高精度瞬时频率估计。在此基础上，进一步提取了目标的平动速度、旋转半径、旋转频率及欧拉角等运动参数。仿真实验验证了所提方法的有效性与稳健性，结果表明，所提方法在多普勒频率与运动参数估计精度方面均优于已有双模态方法。
近年来，涡旋电磁波由于其独特的波前分布结构在运动目标探测方面具有重要价值，而准确估计径向多普勒和旋转多普勒频移是对运动目标平动、旋转运动参数进行高精度测量的关键。然而，现有基于涡旋电磁波的多普勒估计方法通常依赖于同时发射多个模态，在高速运动目标场景下需要额外先验信息处理多普勒模糊，并且径向-旋转多普勒分离精度有限。针对前述问题，该文提出了一种基于自适应分段稀疏表征(APWSR)瞬时频率估计的单模态涡旋电磁波径向-旋转多普勒分离方法。通过引入多普勒压缩技术，仅利用单模态回波即可实现径向与旋转多普勒分量的有效分离，并利用APWSR实现高精度瞬时频率估计。在此基础上，进一步提取了目标的平动速度、旋转半径、旋转频率及欧拉角等运动参数。仿真实验验证了所提方法的有效性与稳健性，结果表明，所提方法在多普勒频率与运动参数估计精度方面均优于已有双模态方法。
2026, 15(5): 1698-1713.
针对当前对飞鸟和旋翼无人机(UAVs)识别的迫切需求，该文提出了一种基于涡旋雷达的目标参数提取方法。工作核心聚焦于目标参数获取，在建模与参数提取维度上进行了系统扩展。首先分别对飞鸟主体运动与扑翼行为以及旋翼无人机的旋翼转动与机体结构进行了数学建模与分析，推导了散射点对应的径向多普勒与旋转多普勒频移表达式，并从雷达回波信号中提取微多普勒特征，实现目标参数反演。对于鸟类目标，基于回波信号的频谱峰值提取径向多普勒估计飞行速度，并结合散射点旋转多普勒频移公式，通过短时傅里叶变换(STFT)计算旋转多普勒变化，实现对扑翼长度的估计，在低信噪比(SNR)条件下，扑翼长度估计误差保持在0.03 m以内。对于旋翼无人机目标，首先建立回波信号模型，推导微多普勒频移中径向与旋转分量的解析关系，并结合重构的多普勒信息与距离-时间维度，反演获得欧拉角、旋翼转速、旋翼长度以及机体到旋翼的距离等共6项结构与运动参数，各参数的估计误差显著低于传统基于单一多普勒的方法，其参数提取误差均保持在2%以内。仿真结果表明，该文提出的基于涡旋雷达的鸟类与旋翼无人机参数提取方法能够实现多参数的高精度获取，并在低信噪比条件下仍保持稳定可靠的性能，验证了方法的有效性与工程应用潜力。
针对当前对飞鸟和旋翼无人机(UAVs)识别的迫切需求，该文提出了一种基于涡旋雷达的目标参数提取方法。工作核心聚焦于目标参数获取，在建模与参数提取维度上进行了系统扩展。首先分别对飞鸟主体运动与扑翼行为以及旋翼无人机的旋翼转动与机体结构进行了数学建模与分析，推导了散射点对应的径向多普勒与旋转多普勒频移表达式，并从雷达回波信号中提取微多普勒特征，实现目标参数反演。对于鸟类目标，基于回波信号的频谱峰值提取径向多普勒估计飞行速度，并结合散射点旋转多普勒频移公式，通过短时傅里叶变换(STFT)计算旋转多普勒变化，实现对扑翼长度的估计，在低信噪比(SNR)条件下，扑翼长度估计误差保持在0.03 m以内。对于旋翼无人机目标，首先建立回波信号模型，推导微多普勒频移中径向与旋转分量的解析关系，并结合重构的多普勒信息与距离-时间维度，反演获得欧拉角、旋翼转速、旋翼长度以及机体到旋翼的距离等共6项结构与运动参数，各参数的估计误差显著低于传统基于单一多普勒的方法，其参数提取误差均保持在2%以内。仿真结果表明，该文提出的基于涡旋雷达的鸟类与旋翼无人机参数提取方法能够实现多参数的高精度获取，并在低信噪比条件下仍保持稳定可靠的性能，验证了方法的有效性与工程应用潜力。
2026, 15(5): 1714-1732.
与传统雷达系统相比，基于轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波(VEMW)雷达为目标探测提供了额外的自由度。然而，现有大多数VEMW雷达成像与目标参数估计方法依赖大量的OAM模态，显著增加了系统的硬件成本与复杂度，同时，高阶模态的引入还会导致涡旋电磁波主瓣偏离感兴趣区域并导致系统噪声鲁棒性下降，严重限制了其在实际工程中的应用。针对上述局限性，该文提出了一种基于有限OAM模态的三维目标参数估计方法。首先，构建了VEMW雷达前视成像几何模型，利用脉冲压缩技术提取目标的距离信息。随后，构造对偶OAM模态的和差波束回波比值，利用贝塞尔函数的对称性，实现方位角信息的估计。最后，构造相邻OAM模态的回波信号比值，利用贝塞尔函数的递推性质，实现俯仰角信息的估计。进一步地，针对同一距离门内双目标场景，构造相邻OAM模态回波比值，并利用其相位差异特性，实现了同一距离门内双目标参数估计。此外，该文推导了方位角与俯仰角估计的克拉美罗下界，并将所提闭式三维估计方法的均方根误差与理论下界进行了对比分析。数值仿真与微波暗室实验均表明，所提方法在多目标及噪声环境下能够实现可靠的三维参数估计，展现出良好的抗噪性与工程应用潜力。
与传统雷达系统相比，基于轨道角动量(OAM)的涡旋电磁波(VEMW)雷达为目标探测提供了额外的自由度。然而，现有大多数VEMW雷达成像与目标参数估计方法依赖大量的OAM模态，显著增加了系统的硬件成本与复杂度，同时，高阶模态的引入还会导致涡旋电磁波主瓣偏离感兴趣区域并导致系统噪声鲁棒性下降，严重限制了其在实际工程中的应用。针对上述局限性，该文提出了一种基于有限OAM模态的三维目标参数估计方法。首先，构建了VEMW雷达前视成像几何模型，利用脉冲压缩技术提取目标的距离信息。随后，构造对偶OAM模态的和差波束回波比值，利用贝塞尔函数的对称性，实现方位角信息的估计。最后，构造相邻OAM模态的回波信号比值，利用贝塞尔函数的递推性质，实现俯仰角信息的估计。进一步地，针对同一距离门内双目标场景，构造相邻OAM模态回波比值，并利用其相位差异特性，实现了同一距离门内双目标参数估计。此外，该文推导了方位角与俯仰角估计的克拉美罗下界，并将所提闭式三维估计方法的均方根误差与理论下界进行了对比分析。数值仿真与微波暗室实验均表明，所提方法在多目标及噪声环境下能够实现可靠的三维参数估计，展现出良好的抗噪性与工程应用潜力。
2026, 15(5): 1733-1743.
携带相互正交的轨道角动量(OAM)的多模态涡旋电磁波由于其特殊的幅相特性在通信及雷达领域受到了广泛关注。该文研究了金属目标在近场条件下的多模态涡旋波散射特性。首先，基于环形孔径辐射理论，构建多模态涡旋波入射场模型，利用物理光学法(PO)推导了理想导体圆板的近场散射场。其次定量分析了目标纵向距离、横向位移、几何特征及模态组合参数(起始模态、模态间隔、模态数量)对散射特性的调控规律，并计算了多模态近场涡旋雷达散射截面(NORCS)。研究结果表明相比平面波入射，多模态波束相干叠加后携带了更丰富的空间特征信息。目标对高阶模态能量的截获效率随传播距离增加显著下降；目标的横向位移会引发显著的模态谱串扰，但利用空间位置互补性，通过散射场的矢量叠加可实现目标原始散射特征的有效重构；目标几何形状在尺寸与主瓣相当时会对散射场产生精细调制，随着目标尺寸增大几何形状对散射场的调制作用逐渐减弱。理论计算与仿真结果吻合良好，主模态纯度偏差小于0.0207 ，散射场幅度分布的均方根误差为0.054，验证了理论的准确性。该研究揭示了多模态涡旋波与目标的相互作用机理，可为未来多模态涡旋雷达系统的目标识别与成像设计提供理论支撑。
携带相互正交的轨道角动量(OAM)的多模态涡旋电磁波由于其特殊的幅相特性在通信及雷达领域受到了广泛关注。该文研究了金属目标在近场条件下的多模态涡旋波散射特性。首先，基于环形孔径辐射理论，构建多模态涡旋波入射场模型，利用物理光学法(PO)推导了理想导体圆板的近场散射场。其次定量分析了目标纵向距离、横向位移、几何特征及模态组合参数(起始模态、模态间隔、模态数量)对散射特性的调控规律，并计算了多模态近场涡旋雷达散射截面(NORCS)。研究结果表明相比平面波入射，多模态波束相干叠加后携带了更丰富的空间特征信息。目标对高阶模态能量的截获效率随传播距离增加显著下降；目标的横向位移会引发显著的模态谱串扰，但利用空间位置互补性，通过散射场的矢量叠加可实现目标原始散射特征的有效重构；目标几何形状在尺寸与主瓣相当时会对散射场产生精细调制，随着目标尺寸增大几何形状对散射场的调制作用逐渐减弱。理论计算与仿真结果吻合良好，主模态纯度偏差小于0.0207 ，散射场幅度分布的均方根误差为0.054，验证了理论的准确性。该研究揭示了多模态涡旋波与目标的相互作用机理，可为未来多模态涡旋雷达系统的目标识别与成像设计提供理论支撑。
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