基于旋转多普勒效应的自旋目标转速估计方法

旋转多普勒效应是携带轨道角动量的涡旋电磁波用于旋转目标探测时的一种重要现象.相比于传统平面波,旋转多普勒效应使得涡旋电磁波可以沿目标旋转轴方向探测到目标的自旋运动.然而,对于特定结构的自旋目标,利用整数阶轨道角动量波束进行探测仍然存在盲区.为了拓展基于旋转多普勒效应的探测方案的适用范围,本文基于时频分析方法,研究了在分数阶轨道角动量波束正入射和斜入射时自旋目标的转速估计方法.首先基于理想散射点模型,推导了其在整数阶和分数阶轨道角动量波束正入射和斜入射时的回波模型,以及理论时频曲线.其次,以三维实际目标为例,基于矩量法和短时傅里叶变换方法,得到目标在分数阶轨道角动量波束入射时的回波及其时频图,并从时频图中提取时频脊及其波动周期,以此估计目标自旋速度.结果证明,分数阶轨道角动量波束无论在正入射还是斜入射情况下均可有效地估计自旋目标的旋转速度,并且能够克服整数阶轨道角动量波束的探测盲区,在探测目标自旋运动时具有更广泛的适用性.