CN113447906A - 一种基于信息超构表面的探测识别方法、装置、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，采用信息超构表面构成待识别的目标，探测器或者遥测器发射电磁波以探测待识别的目标；该信息超构表面通过时‑空编码进行调制塑造时变目标散射特征，且调制后的散射特征回波携带按照约定的帧结构编制的目标信息；利用探测器或者遥测器发射的电磁波照射到信息超构表面形成调制后的散射特征回波传输信息；当探测器或者遥测器探测到该信息超构表面的时变目标散射特征回波后，通过其回波信号来识别帧结构对应的编码以解析目标信息。该电磁波探测识别方法，通过塑造被探测目标的散射特征，实现被动地探测识别以及信息传输，且具有较强的安全性和隐蔽性、全天候、远距离等特点。
Description
技术领域
本发明属于电磁波目标探测和识别领域，尤其是涉及一种基于信息超构表面的探测识别方法、装置、系统。
背景技术
探测识别技术在社会生活、生产管理、安全管理甚至军事领域中应用的都十分广泛，随着高度发达的互联网技术与移动通信网络、物联网等技术领域进行交叉与融合，探测识别技术应用日益广泛。最常见的信息识别卡，例如IC卡，即集成电路卡（IntegratedCircuit Card），具有可读写、容量大、有加密功能、数据记录可靠等功能，但该技术为接触式卡片，识别信息依赖于专用设备、且无法远距离进行识别操作。再例如，ID卡，即身份识别卡（Identification Card），最常用的采用射频识别（RFID，Radio FrequencyIdentification）技术，采用阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信的技术以达到识别目标的目的，其具有使用无线射频方式以进行非接触双向数据通信的功能，而且卡片成本低、寿命长。但是该技术读写距离短、读写系统工作灵活性低、数据存储和功能扩展能力弱。对于大范围移动的个人、车辆、集装箱等领域，需要增加识距离，如果采用有源RFID芯片、成本和功耗则进一步提升。另一方面，常用的信息识别卡，无论是IC卡、还是ID卡，其识别操作为一个主动进行的行为，且需要有明确的点对点的朝向性，即待识别的人或者物体需要主动地对准专用识别设备进行识别操作，在一些安全场景，如安防、或者边防边检等保密或者隐密场合，则该技术不合适。
现有一些满足远距离探测识别的网络通信技术，如基于Wifi或者ZigBee的远距离识别技术，但其本身其识别距离也是相对于传统识别技术的远距离，大都是米级的能力，且这些技术依赖于识别终端及无线通信网络，使用因素和使用场景受限，且一定程度上安全问题是最大的隐患，尤其在敏感领域应用，更容易受到信息安全方面的攻击。
综上所述，传统的识别技术的基本方法都是基于已知目标方向或者位置的识别，重在识别而不具备主动探测的功能，都是基于合作的方式，通过通信的方式来完成识别过程。对于一些非合作的场合，如安检、边防巡检、重大活动安防等场合，亟需更智能的和探测距离更远的探测识别方法，而利用目标的散射特性来探测识别目标的方案是可行的方案之一。
目标散射是指被探测物体或物质结构使入射无线电波在各个方向上的再辐射的现象，因此，目标散射特性通常包括散射截面、频谱响应、传播时延、极化特性和多普勒效应等。它们与目标的结构、大小、形状、取向、数量、位置和运动等特性紧密相联。通常地，对于特定频率的和特定方向的电磁波，特定目标的散射特征是基本保持不变的。了解这种联系就可能设计出合适的探测器或遥感器，使之能有效地识别一定类型的目标，并定量地检测目标特征。但是，传统的探测器或遥感器，比如传统雷达，仅能探测目标并定位，如雷达探测飞机、车辆等目标，只是识别飞机和车辆的外形、方位、速度等固有特征，表征的就是目标的散射特征，只有根据固有特征结合情报或者其他方式进一步分析，才能得到待检测目标的部分信息，并不能直接识别或者解析目标所携带的信息，如目标的身份编号、驾驶人员的身份等信息、甚至权限范围等更深层信息。所以，当前的技术手段还无法使目标的散射特性直接携带并传输信息。
信息超构材料是传统微纳结构和超构材料数字信息化的进一步发展，其是由我国学者在国际上首创的超构材料新体系。信息超材构料在物理空间上构筑了数字空间，其是一个天然的新型电子信息系统平台，集物理调控和信息调控于一体，在与电磁波相互作用的同时实现信息感知与调控。
一般地，信息超构表面由N×M个信息电磁超构单元周期性排列而成，N≥1且M≥1。通常对于信息电磁超构单元而言，在基本电磁结构或者电路上会加载元器件，如PIN二极管、变容二极管、FET管、MEMS器件等，构成电流或者电压可调控的电磁结构或者电路，即形成电磁感应结构。信息超构表面集成有逻辑控制芯片，如FPGA、CPLD、DSP等数字芯片，或者ARM、RISC-Ⅴ及单片机芯片等芯片，对加载在单元结构上的元器件进行数字或者模拟控制。通过调节信息超构表面的单元上的调控元器件电流或电压值，可以实现对信息超构表面的每个单元的散射电磁场响应的幅度、相位、极化等调控，进而实现信息超构表面的散射电场或电波在空间上的新分布，以构造目标散射特征，其散射电场
为：
其中，θ和φ分别为空间上球坐标系下的两个方位角度，
为电磁超构表面的单元散射电场方向图，
为第(m，n)个电磁超构表面单元的编码对应的散射幅度值，k为对应响应频率的波数，d为电磁超构表面单元的周期间隔，
为第(m，n)个电磁超构表面单元的编码对应的散射相位值，即对于1-比特的码元，有“0”码元表征0离散相位值、“1”码元表征π离散相位值；对于2-比特的码元，有“00”、“01”、“10”、“11”码元分别表征0、π/2、π、3π/2离散相位值，以此类推。
进一步，如在“Information metamaterials and metasurfaces T.J.Cui等，Journal of Materials Chemistry C,2017，5，3644-3668”中所述，得益于信息超构材料的编码与其远场方向图之间的傅里叶变换关系，信息超构表面的编码满足卷积定理和加法定理，通过同时叠加不同的周期编码可以实现对电磁波高效灵活的控制，从而实现任意散射波束的赋形。
而且，信息超构表面可以对散射电场或电波进行时间编码调制，通过采用逻辑控制芯片(如FPGA或者单片机等)产生时变信号，实现时变反射系数Γ(t)。当入射波Ei(t)入射到该表面时，反射波可表示为
，通过选取合适的时域编码序列，可实现对频谱的调控。时域反射波的频谱可采用卷积的方式表示为：
其中，
为频域下的反射回波，
为频域下的入射波，
为频域下的反射回波的反射系数，a0为第0阶傅里叶级数项，ak为第k阶傅里叶级数项，f0为时域调制频率，即时域编码序列的重复频率。因此，可通过时变的回波的反射系数，控制反射回波的时域特性。对于传统器件或者反射表面，因为回波的反射系数是时不变的，故只存在a0项，不会出现后面的谐波项。而对于时域调制的信息超构表面，进行时间-空间编码，比如，排列编码t0时刻为1编码码元、t1时刻为0编码码元、t2时刻为1编码码元、t3时刻为0编码码元……依此类推，其调制速率为百Hz、kHz或者MHz级，由于回波的反射系数是时变的，所以存在高阶傅里叶级数项，因而可产生非线性特性以调制频谱。利用控制电压/电流的组合来调节反射回波各阶谐波幅度，利用控制信号时延来调节反射回波各阶谐波相位，既可以实现反射回波各阶谐波幅相的独立调控，还可以实现多阶谐波的同时调控。
由此，通过时-空编码数字超构表面来精准地调控电磁波传播方向和谐波频谱分布，融合了能量辐射和信息调制于一体，同时在时间域和空间域编码并处理数字信息，通过优化时-空编码，将信息直接加载到电磁波的空间谱和频率谱上，这样就使目标的散射场自身携带信息并传输成为可能。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，通过塑造被探测目标的散射特征，将信息调制到目标散射特性中，实现被动地探测识别，该方法具有较强的安全性和隐蔽性、全天候、远距离等特点。本发明所述探测识别方法的基础是依靠被探测识别目标的散射特征或者散射特性，当探测的电磁波照射到信息超构表面时，通过对信息超构表面进行时-空编码，将信息调制到反射/散射的回波信号中，形成调制的目标特性回波信号。
技术方案：本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，该方法包括如下步骤：
发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；
接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，所述目标散射特征回波是通过待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成，且该调制过程以目标散射特征回波作为信息载体，按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；
解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息数据。
优选的，所述按照预定帧结构编制的目标信息数据是根据电磁波类型确定的。
优选的，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行幅度、相位、极化任一种空间编码调制或多种空间编码同时调制形成目标散射特征回波。
优选的，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行时间编码调制形成时变的目标散射特征回波。上述空间编码调制和时间编码调制可以单独进行，也可以同时进行。
本发明还提出一种基于信息超构表面的电磁波探测识别装置，该装置包括以下模块：
电磁波发射模块，发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；
信息接收模块，接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，所述目标散射特征回波是通过待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成，且该调制过程以目标散射特征回波作为信息载体，按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；
信息解析模块，解析一个或多个目标散射特征回波信号获取对应的目标信息数据。
优选的，所述按照预定帧结构编制的目标信息数据是根据电磁波类型确定的。
优选的，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行幅度、相位、极化任一种空间编码调制或多种空间编码同时调制形成目标散射特征回波，和/或，对电磁波进行时间编码调制形成时变的目标散射特征回波。
本发明还提出一种基于信息超构表面的电磁波探测识别系统，该系统包括探测器或者遥测器、待识别目标；
所述探测器或者遥测器发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；
待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成目标散射特征回波，且该调制是以目标散射特征回波作为信息载体，将按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；
探测器或者遥测器接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，并解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息数据。
本发明还提出一种无线电探测器，该探测器包括发射单元，接收单元，处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法的步骤。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法的步骤。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
（1）区别传统的识别方法，该探测识别方法不需要被识别目标通过主动通信的方式实现；该方法可以使待识别的目标在非感知的情况下被定位和识别，无需待识别目标主动与探测器或者遥测器发生交互性操作，并且可以实现多目标同时识别、且持续跟踪。
（2）该探测识别方法基于电磁特征即目标散射特征为信息编码和识别的方式，可以实现较远距离的身份识别，识别距离可达百米级，甚至公里级。
（3）该探测识别方法的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云、雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。
（4）该探测识别方法待探测识别的目标不主动发射信息，通过电磁波照射形成被动地探测识别，具有较强的安全性和隐蔽性。
（5）基于信息超构表面的探测识别技术，进一步构成电磁目标特征为基础的新信息形式，形成内生安全的电磁特征身份识别、敌我识别、甚至应答等解决方案。
附图说明
图1是本发明所述的电磁波探测识别方法的基本系统架构图。
图2是本发明所述的信息超构表面形成散射波束的典型实施例展示图，其中，图2中，(a)为特定偏折方向的单波束，(b)为特定角度的双波束，(c)为多个指向、不同幅度的多波束，(d)为一定覆盖范围和形状的特殊波束。
图3是本发明所述的传输信息/数据的典型数据帧结构图。
图4是本发明所述的电磁波探测识别方法的流程图。
图5是本发明的另一种电磁波探测识别方法的流程图。
图6是本发明所述的电磁波探测识别方法中电磁波更新时的方法流程图，其中，图6是图5的分支流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
如图1所示，为本发明所述电磁波探测识别方法的基本架构，包括：信息超构表面1贴附或者集成在人、装置、或者设备等载体上构成待识别的目标；探测器或遥感器2发射电磁波31探测待识别的目标，并接收从待识别的目标反射的信号回波32，从而通过识别该目标的散射特征而识别目标以及目标的信息。本发明所述的待识别目标，尤其是信息超构表面1不主动发送信息或者信号，而是利用探测器或遥感器2发射的电磁波31照射到信息超构表面1上，利用信息电磁超构单元11对电磁响应的重构，使散射或者反射的电磁波32形成信号调制，以此来传输信息或者数据。
通过探测器或遥感器2进行目标识别的基础是待探测识别目标的散射特征/散射特性，所述探测器或遥感器2可以是具有信息解析功能的雷达。通常目标的散射特征是通过雷达散射截面来度量，即表征待探测识别的目标在雷达波31照射下所产生回波32的强度，而反射回波32反映的就是探测识别目标的散射特征/散射特性。通常探测器或遥感器2能可靠地检测目标，接收到的回波功率Pr要超过最小检测信号功率Pimin，即接收机的灵敏度，有如下公式：
其中，Pt为雷达发射机功率，G为雷达天线的增益，λ为探测电磁波频率对应的波长，σ为目标的雷达散射截面积，Rmax为雷达最大作用距离，L为传输损耗及衰减因子，通常L≥1。可见，待探测识别的目标的回波32的强度既与目标的形状、尺寸、结构及材料有关，也与入射电磁波31的频率、极化方式和入射角等有关。可以通过信息超构表面1对散射电磁场或者电磁波进行调控，使波束和波形都发生变化，构造可变的目标的雷达散射特性，从而形成带调制信息的回波32。
通常在信息超构表面1加载的元器件，如PIN二极管、变容二极管、FET管、MEMS器件，其特征是形成的信号在功率上具有一定的插损，可以在加载上述器件的单元结构上进一步加载功率放大器或者低噪声放大器，实现散射信号能量的增强放大效果，一方面可以具备更大的幅度调控的范围，另一方面可以减小信息超构表面1所需的尺寸和面积，提高其便携性和安装灵活性。
结合图1和图2所示，对于确定尺寸和形状的信息超构表面1，当固定频率、探测距离和入射角度的电磁波31照射到信息超构表面1后，会在信息超构表面1上产生感应电流，继而形成散射电场/电波。可以通过设计N×M单元的感应电场的幅度-相位分布构成的空间编码，可以构造散射电场/电波的空间分布情况，即散射电场/电波的波束。
如图2中，(a)所示的特定偏折方向的单波束，或者如(b)所示的特定角度的双波束，甚至如(c)所示的多个指向、不同幅度的多波束，或者如(d)所示的一定覆盖范围和形状的特殊波束。不失一般性，散射波束的赋形综合的结果，不仅限于上述4种典型情况，可以通过优化算法（比如GA、PSO、CMA-ES、凸优化等）或者人工智能网络、机器学习训练等方式进一步实现其它的波束赋形与综合。而通过塑造的散射波束被探测器或遥感器2所接收，可以对应出不同的电磁回波32，也就是通过塑造不同的散射波束或者波形，可以构造信息超构表面1的电磁波散射特征。虽然信息超构表面1构造的散射波束是全空间分布的，但对于探测器或遥感器2而言，通常接收到的仅仅是正对目标方向的散射特征（即后向散射特征）或者特定方向上的散射特征回波，该散射特征回波是被信息超构表面1接收后形成散射特征的回波信号。上述信息超构表面的编码构造散射特征，继而形成散射特征回波为现有技术。
通过信息超构表面1进行时间-空间编码形成散射特征的调制效果，类比无线通信的数字调制方式，可以将特定的信息或者数据通过数字编码的方式加载到时变的目标散射回波上，从而通过构造的时变目标散射特征发送待识别的信息和数据，即形成类似幅移键控调制（ASK）、相移键控调制（PSK）、正交幅度调制（QAM）等调制方式的时变散射特征调制，如时变散射幅度特征调制、时变散射相位特征调制、时变散射正交幅度特征调制、以及时变散射极化特征调制等，分别对应利用散射特征幅度变化、或者散射特征相位变化、或者散射特征幅度-相位正交变化、或者散射特征极化变化来表示传输的信号信息和数据。
例如，2种及以上幅度值变化构成的一定位元长度的周期序列，例如位数为N，则可以构成kN阶散射幅度特征调制，k=2,3,……,即不同幅度值的数量；亦或2种及以上相位值变化构成的一定位元长度的周期序列，则可以构成kN阶散射相位特征调制，k=2,3,……,即不同相位值的数量；而且，将幅度和相位进行联合编码，构成更为复杂的时变散射正交幅度特征调制。再如，利用2种正交极化的变化可以构成一定位元长度（例如位数为N）的周期序列，则可以构成2N阶散射极化特征调制。与传统通信领域的调制不同的是，传统通信的信号调制是一个主动的过程，在发信机内部在传输电路中独立完成的；而利用散射特征或者散射回波进行调制的过程是一个被动的过程，是通过信息超构表面的电磁响应，直接对电磁场进行处理和作用来实现的，而且也只有信息超构表面具备这样的功能。综上，该方法利用散射特征波作为信息的载体，利用散射特征的波形或回波信号的变化来编制信息的内容、完成信息的传输。不失一般性，散射特征的变化方式不仅限于幅度、相位、频率、极化等一种或者多种的变化形式。
同时，由于电磁场具有极化特性，即可以利用极化正交的目标散射回波形成极化分集的传输模式，以增强传输信息的容量，或者传输不同的信息来应对不同的识别应用场景。
该信息超构表面通过时-空编码调制来塑造时变目标散射特征回波，且该调制后的特征回波携带按照约定的帧结构编制的信息；且该信息可以仅单一对外传输，无需信令交互，即无需接收指令后、再发送信息，则极大地简化了电磁波探测识别的系统架构。
如图3所示，典型的编码帧结构由同步码位1、地址码位2、信息码位3、校验码位4组成，同步码位1用于帧同步和比特同步，信息码位3携带的真正要传输识别的信息。例如，同步码位1和地址码位2的位数为总信息位数的1/10，校验码位4的位数为信息码位3的位数的1/10。接收机进行解调和识别信息，就是依据约定的编码帧结构进行解析信号。此处的编码帧结构只是作为示例，实际应用中，可以自由设计编码帧结构。
下面结合图4示例来说明本发明所述电磁波探测识别方法的具体流程步骤。
步骤41：探测器或者遥感器的发射机发射连续波信号，因为探测器或者遥感器工作在扫描模式，在空间上广域范围内进行探测；所述探测器或者遥感器可以为具有数据解析功能的雷达。
步骤42：待识别的目标上的信息超构表面，按照约定的帧结构将待识别信息进行周期性编码，即构造调制的目标散射响应；这里的编码可以是通用编码，也可以是私有编码，将待识别信息组成约定帧结构的数字信号。比如，待识别信息可以是目标的身份、编号、归属信息、或者职权信息等，所述待识别的信息可以根据实际需要进行设置，此处仅仅作为示例使用。需要说明的是，此步骤也可以作为单独的附加步骤。
步骤43：探测电磁波照射到待识别的目标即信息超构表面上，形成时变的散射特征的回波，即形成调制的散射特征回波，该回波携带待识别信息进行传输。这里的调制，即是如前面所述的时变散射幅度特征调制、时变散射相位特征调制、时变散射正交幅度特征调制、或者时变散射极化特征调制等，通过时变的散射幅度、相位、极化等特征变化来表征数字信息所对应的编码。
步骤44：探测器或者遥感器的发射机接收到回波，通过对回波进行初步检测，根据回波识别目标位置和距离信息。
步骤45：探测器或者遥感器切换成跟踪模式，锁定待探测识别的目标，发射机持续发射增强的连续波信号。此时的测器或者遥感器发射的探测波束会集中在待探测识别的目标，即信息超构表面上，并保持最佳的探测状态，以更准确地探测待识别目标的回波。
步骤46：信息超构表面持续反射时变的目标散射特征回波，将信息调制到散射特征回波中，即信息超构表面不主动发射信号，仅主动地调控本体的目标散射特征，通过散射特征回波来加载并传输信息。
步骤47：由于探测器或者遥感器已跟踪锁定待探测识别的目标，接收机可以稳定持续地收到散射特征回波，并进行积累，以确保收到回波具有较好的信噪比。在此基础上，对收到的散射特征回波进行信号解调，将信号还原到基带或者零中频。
步骤48：探测器或者遥感器的信号处理器对解调后的信号进行同步，实现信号的帧同步和比特同步。同步后的信号有两种可能性：其一是对于贴附有信息超构表面的待识别目标，由于信息超构表面可以产生调制的散射特性回波，其解调后的信号帧结构设有同步位，则该信号所对应的编码序列可被同步。其二，对于其他的目标，因为其不产生时变的散射特征回波，或者即便具有可变化的散射特征回波，其信号的帧结构也不是约定的结构，这些解调后的信号不能被同步。
步骤49：信号处理器根据约定的帧结构识别同步后的信号、进行解析并校验目标的信息。比如，待识别目标所携带的信息涉及人、装置、或者设备等的身份及归属信息、执行的任务或者工作、安全或者职权等级等。同时，结合步骤44，还可以得到该目标的位置、距离等定位信息。
需要说明的是，上述步骤只是作为示例展示，可以选择合并或删减步骤。比如扫描模式和跟踪模式可以合二为一，此处只作为示例说明，也可以探测器直接发射探测电磁波后，信息超构表面进行电磁波的散射调制加载目标信息后进行传输，探测器接收到回波后进行目标信息的解析，以及获取目标的位置、距离等定位信息以及电磁波携带的目标信息。还可以将步骤47-步骤48作为附加步骤，不是必须经过骤47-步骤48才进行数据解析。
步骤50：对于不能进行信号同步的待识别目标，则判断该目标为非安全或者非合作目标，同时，结合步骤44，还可以得到该目标的位置、距离等定位信息。
需要进一步说明的是，这里的探测器或者遥感器与传统的雷达系统相比，后者一般仅能识别目标的外形、方位、速度等固有特征，即目标的散射特征，没有信息解析能力，而本发明的探测器或者遥感器可以进一步对调制的散射特征回波进行解调，具有信息解析和处理功能。得到上述待识别目标的信息后，可以根据实际的应用场景，对目标进行相应的处置或者处理。下述方法同上，只是作为示例展示，可以选择合并或删减步骤。
再进一步，可以利用待识别目标上其它的信号感知系统的反馈信息，进一步更新编码中的信息码位，来调整或者选择新的待传输信息，即采用不同类型的目标散射特征回波来对应不同的信息内容，结合图5来说明此具体流程步骤。
步骤51：探测器或者遥感器的发射机发射连续波信号，探测器或者遥感器工作在扫描模式，在空间上广域范围内进行探测，所述探测器或者遥感器可以为具有解析功能的雷达。
步骤52：待识别的目标的信息超构表面，按照约定的帧结构将待识别信息进行周期性编码，即构造调制的目标散射响应。
步骤53：探测电磁波照射到待识别的目标即信息超构表面，形成时变的散射特征的回波，即形成调制的散射特征回波，该回波携带待识别信息进行传输。
步骤54：探测器或者遥感器的发射机接收到回波，通过对回波进行初步检测，可以识别目标位置和距离信息。
步骤55：探测器或者遥感器切换成跟踪模式，锁定待探测识别的目标，发射机持续发射增强的连续波信号。此时的测器或者遥感器发射的探测波束会集中在待探测识别的目标即信息超构表面上，并保持最佳的探测状态，以更准确地探测待识别目标的回波。
步骤56：信息超构表面持续反射时变的目标散射特征回波，将目标信息调制到散射特征回波中，即信息超构表面不主动发射信号，仅主动地调控本体的目标散射特征，通过散射特征回波来加载并传输信息。
步骤57：由于探测器或者遥感器已跟踪锁定待探测识别的目标，接收机可以稳定持续地收到散射特征回波，并进行积累，进一步将收到的散射特征回波进行信号解调，将信号还原到基带或者零中频。
步骤58：探测器或者遥感器的信号处理器对解调后的信号进行同步，实现信号的帧同步和比特同步。同步后的信号有两种可能性：其一是对于贴附有信息超构表面的待检测目标，由于信息超构表面可以产生调制散射特性回波，其解调后的信号帧结构设有同步位，则该信号所对应的编码序列可被同步。其二，对于其他的目标，因为其不产生时变的散射特征回波，或者即便具有可变化的散射特征回波，其信号的帧结构也不是约定的结构，这些解调后的信号不能被同步。
步骤59：信号处理器根据约定的帧结构识别同步后的信号，进行解析并校验目标的信息。同时，结合步骤44，还可以得到该目标的位置、距离等定位信息。
步骤60：对于不能进行信号同步的待识别目标，则判断该目标为非安全或者非合作目标，同时，结合步骤44，还可以得到该目标的位置、距离等定位信息。
在上述基础上，进一步地，信息超构表面可通过不同频率或者极化或者占空比的波形、甚至不同的幅度-相位组合形式来传输不同的预设的信息内容，实现不同层次或者不同级别的信息传送。
步骤61：探测器或者遥感器完成第一次识别后，即步骤59完成后，探测器或者遥感器仍持续锁定待探测识别的目标，同时其发射机切换发射频率或者极化以持续发射新的连续波信号。也就是说，探测器或者遥感器发送不同的电磁波时，信息超构表面接收到不同的电磁波，形成的回波带有对应不同的信息数据。也就是说，探测器或者遥感器发送不同的电磁波时，探测器或者遥感器接收回波，并且对回波解析后获得不同的信息数据，探测器或者遥感器发射每一种波，期望接收到对应的信息数据。
步骤62：被识别的目标通过其它装置或者模块感知探测电磁波的频率或者极化发生了变化。上述其它装置或模块可以集成在信息超构表面中。
步骤63：被识别的目标感知电磁波的频率或者极化发生变化后，通过控制模块更新待识别的信息，进行新的周期性编码。这里更新的编码中的信息码位是对于前面已经传输信息内容的补充或者新的内容，比如限定某个人或者任务的安全区域、权限等。
步骤64：信息超构表面持续反射更新后的调制目标散射特征回波，将新的信息内容调制到散射特征回波中。
步骤65：由于探测器或者遥感器已跟踪锁定待探测识别的目标，接收机可以稳定持续地收到更新后的调制散射特征回波，并进行积累，进一步将收到的更新的散射特征回波进行信号解调。
步骤66：探测器或者遥感器的信号处理器对解调后的更新后信号进行同步，实现更新后信息的帧同步和比特同步。
步骤67：信号处理器根据约定的帧结构识别同步后的信号，进行解析并校验目标的信息。同时，结合步骤44，还可以得到该目标的位置、距离等定位信息。由此，完成了更新的信息识别。该更新的信息识别可以作为前一种探测识别的补充或者功能增强，以增强本发明所述探测识别的可靠性和全面性。信号处理器可以为单独的模块，也可以是集成在探测器中的模块。
不失一般性，由于探测器或者遥感器可以都具有扫描和跟踪的功能，则该电磁波探测识别方法，基于一套探测器或者遥感器可以对应处理多个待探测识别的目标，即构成一对多的网络架构；甚至基于数字式雷达系统同时跟踪多个目标的能力，可以同时对应处理多个运动中的待探测识别的目标，实现同时识别多个运动中的目标的信息，以提高目标识别的效率。
本发明还提出一种无线电探测器，该探测器包括发射单元，接收单元，处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法的步骤。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法的步骤。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；
接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，所述目标散射特征回波是通过待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成，且调制过程以目标散射特征回波作为信息载体，按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；
解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，所述按照预定帧结构编制的目标信息数据是根据发射的电磁波类型确定的。
3.根据权利要求1所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行幅度、相位、极化任一种空间编码调制或多种空间编码同时调制形成目标散射特征回波。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法，其特征在于，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行时间编码调制形成时变的目标散射特征回波。
5.一种基于信息超构表面的电磁波探测识别装置，其特征在于，该装置包括以下模块：
电磁波发射模块，发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；
信息接收模块，接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，所述目标散射特征回波是通过待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成，且调制过程以目标散射特征作回波为信息载体，按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；
信息解析模块，解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息数据。
6.根据权利要求5所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别装置，其特征在于，所述按照预定帧结构编制的目标信息数据是根据发射的电磁波类型确定的。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别装置，对探测电磁波进行调制的方法包括：对电磁波进行幅度、相位、极化任一种空间编码调制或多种空间编码同时调制形成目标散射特征回波，和/或，对电磁波进行时间编码调制形成时变的目标散射特征回波。
8.一种基于信息超构表面的电磁波探测识别系统，其特征在于，该系统包括探测器或者遥测器、待识别目标；所述探测器或者遥测器发射电磁波以探测一个或多个设有信息超构表面的待识别目标；待识别目标上的信息超构表面对探测电磁波进行调制形成目标散射特征回波，且该调制是以目标散射特征回波作为信息载体，将按照预定帧结构编制的目标信息数据加载于该目标散射特征回波中；探测器或者遥测器接收一个或多个待识别目标对应的目标散射特征回波，并解析一个或多个目标散射特征回波获取对应的目标信息数据。
9.一种无线电探测器，该探测器包括发射单元，接收单元，处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的一种基于信息超构表面的电磁波探测识别方法的步骤。
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