携带轨道角动量的涡旋电磁波是一种特殊的电磁波,其相位波前与传统平面波不同,具有螺旋式相位分布,在旋转目标的检测方面具有独特的优势。基于涡旋电磁波探测旋转目标时形成的旋转多普勒效应,本文开展了旋转多普勒检测方法研究,重点围绕涡旋电磁波探测下旋转多普勒效应的形成机理、旋转多普勒分辨率、旋转目标参数估计、非理想运动目标的多普勒分析等方面开展了深入研究。本文的工作可以为基于涡旋电磁波的目标检测方法等相关应用提供理论依据。第一章为绪论,首先介绍了涡旋电磁波的产生方法与其应用领域,阐述了其国内外的相关研究现状;归纳了旋转多普勒效应从发现到实验验证的历程,介绍了旋转目标检测的现状与意义;对论文的重点研究内容及主体结构进行介绍。第二章重点围绕旋转多普勒效应的形成机理与其旋转多普勒分辨率展开相关研究。首先根据涡旋电磁波的阵列波束合成原理推导了涡旋电磁波的表达式,从电磁场的基本理论出发,分析得出了涡旋电磁波的等相位面与电磁波线动量、角动量之间的关系;从Laguerre-Gaussian模型精确推导出旋转多普勒效应的解析解,并指出其中各分量表达的含义;基于模糊函数理论,推导了涡旋电磁波的模糊函数,给出了单脉冲、多脉冲体制下的旋转多普勒分辨率,指出旋转目标角速度的分辨率与涡旋电磁波的拓扑荷数、发射信号的脉冲宽度成反比。第三章提出了以时频分析为主要估计算法的非匀速旋转目标的运动参数估计方法。针对匀加速旋转目标,提出了以魏格纳分布算法,分数阶傅立叶变换算法,吕氏分布算法为主要估计算法的检测方法,解决了匀加速旋转目标的参数估计问题,给出了旋转目标的旋转初速度、加速度的估计结果,并对各算法误差来源以及适用的场景进行了分析。第四章重点对涡旋电磁波探测下非理想运动目标的多普勒进行了分析。首先推导了运动目标的回波方程,并从回波方程出发,分析了利用涡旋电磁波探测时目标做直线运动、非正对的圆周运动情况下的回波多普勒,并给出根据多普勒分析目标运动状态的检测方法。并将其与平面波探测目标做了比较。最后总结了本文的主要研究内容,对下一步的研究方向做了相关讨论。