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专利号: 2023108602268
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于产生轨道角动量采样间隔可调的周期相位声涡旋的发射器,其特征在于,所述发射器包括结构板,所述结构板上均匀分布有X个声源,X个所述声源位于N个方位周期,当方位角θ从0变化到2π,周期相位声涡旋的初始相位ψPPAV被分为N个方位周期;所述周期相位声涡旋的轨道角动量谱的轨道角动量采样间隔为N,其中,X为大于或等于10的整数,N为大于或等于1的整数,所述周期相位声旋涡的相移为2πl/N,其中,l是周期相位声涡旋的拓扑荷;

每个方位周期包含两个分段相位函数,其中,第一个方位周期中的分段相位函数表达式为:其中,第一个方位周期范围的相移为A=2πn;第二个方位周期范围的相移为B=2πl/N‑

2πn,其中n=[l/N]是相位阶跃因子,[.]是最小整数函数;

第二方位周期中的分段相位函数表达式为:

其中,q为整数0,1,...,(N–1)。

2.根据权利要求1所述的发射器,其特征在于,所述周期相位声涡旋的声场表达式为PPPAV(r,θ)=A0exp(iψPPAV),其中,A0为周期相位声涡旋的幅值,ψPPAV为周期相位声涡旋的初始相位,r为结构板为圆形时,结构板的半径。

3.根据权利要求1‑2任一项所述的发射器,其特征在于,所述轨道角动量的模式为0、N、

2N、……、KN,其中,K为大于或等于0的整数。

4.一种采用权利要求1‑3任一项所述发射器形成周期相位声涡旋波束的方法,包括如下步骤:将声波穿过所述发射器,形成周期相位声涡旋波束。

5.根据权利要求4所述的形成周期相位声涡旋波束的方法,其特征在于,所述发射器位于液体介质或气体介质中。

6.根据权利要求4或5所述的形成周期相位声涡旋波束的方法,其特征在于,所述声波为频率固定的声波。

7.一种权利要求1‑3任一项所述发射器或权利要求4‑6任一项所述方法产生的周期相位声涡旋波束在通信中的用途。

8.一种基于轨道角动量采样间隔的声编码通信系统,其特征在于,所述系统包括编码模块、周期相位声涡旋模块、解调模块和解码模块;

所述周期相位声涡旋模块用于产生周期相位声涡旋,所述周期相位声涡旋用于产生若干具有不同轨道角动量采样间隔的目标声束并形成正交矩阵;

所述编码模块用于将待传输的信息进行编码,得到编码信息并输入周期相位声涡旋模块;

所述解调模块位于将接收到的信息解调成与轨道角动量采样间隔相应的信息;

所述解码模块用于根据解调模块得到的轨道角动量采样间隔进行解码,获得目标信息;

周期相位声涡旋模块包括发射器,所述发射器包括结构板,所述结构板上均匀分布有X个声源,X个所述声源位于N个方位周期,当方位角θ从0变化到2π,周期相位声涡旋的初始相位ψPPAV被分为N个方位周期;所述周期相位声涡旋的轨道角动量谱的轨道角动量采样间隔为N,其中,X为大于或等于10的整数,N为大于或等于1的整数,所述周期相位声旋涡的相移为2πl/N,其中,l是周期相位声涡旋的拓扑荷;

每个方位周期包含两个分段相位函数,其中,第一个方位周期中的分段相位函数表达式为:其中,第一个方位周期范围的相移为A=2πn;第二个方位周期范围的相移为B=2πl/N‑

2πn,其中n=[l/N]是相位阶跃因子,[.]是最小整数函数;

第二方位周期中的分段相位函数表达式为:

其中,q为整数0,1,...,(N–1)。

9.根据权利要求8所述的基于轨道角动量采样间隔的声编码通信系统,其特征在于,所述周期相位声涡旋模块包括声源和若干声束调制模块,所述声源用于发射声束至声束调制模块;所述声束调制模块位于所述声束的通道上,所述声束调制模块用于将所述声束调制为若干具有不同轨道角动量采样间隔的目标声束并形成正交矩阵。

10.根据权利要求9所述的基于轨道角动量采样间隔的声编码通信系统,其特征在于,所述声束调制模块为若干用于产生轨道角动量采样间隔可调的发射器。

11.根据权利要求9所述的基于轨道角动量采样间隔的声编码通信系统,其特征在于,若干所述具有不同轨道角动量采样间隔的目标声束能够作为正交基元。

12.根据权利要求9所述的基于轨道角动量采样间隔的声编码通信系统,其特征在于,所述编码包括对将待传输的信息进行二进制、四进制、六进制、八进制或其他编码形式。

13.一种采用权利要求7‑12任一项所述基于轨道角动量采样间隔的声编码通信系统的信息传输方法,包括如下步骤:S1.将待传输信息输入所述编码模块进行编码,得到编码结果;

S2.将所述编码结果转化为不同轨道角动量采样间隔的周期相位声涡旋;

S3.将所述不同轨道角动量采样间隔的周期相位声涡旋解码并获得目标信息。

14.根据权利要求13所述的信息传输方法,其特征在于,步骤S1包括如下步骤:选择至少四个不同轨道角动量采样间隔的周期相位声涡旋作为正交基元,将所述传输信息转化为编码结果。

15.根据权利要求13或14所述的信息传输方法,其特征在于,步骤S1中所述编码结果包括二进制编码、四进制编码、六进制编码、八进制编码或其他编码形式。

16.根据权利要求13或14所述的信息传输方法,其特征在于,步骤S3中所述解码包括如下步骤:根据每个周期相位声涡旋的轨道角动量谱的间隔重建信息。