【摘要】：高超聲速飛行器再入過(guò)程中,會(huì)在飛行器表面產(chǎn)生“等離子體鞘套”。等離子體鞘套會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生不同程度的反射衰減和吸收衰減,使通信質(zhì)量惡化,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致通信中斷,產(chǎn)生“黑障”現(xiàn)象。如果能測(cè)量鞘套的參數(shù)分布,預(yù)估等離子體鞘套對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懖?duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,便能夠削弱等離子體鞘套對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽１疚脑诘入x子體鞘套電磁波傳播理論研究的基礎(chǔ)上,提出了基于反射信號(hào)幅頻特性的多頻點(diǎn)反射法。通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量多個(gè)頻點(diǎn)反射信號(hào)的幅度和相位信息實(shí)現(xiàn)了等離子體鞘套的參數(shù)分布估計(jì)。主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)如下:(1)采用等效波阻抗法探究了不同等離子體鞘套參數(shù)分布下的信號(hào)傳輸規(guī)律,為反射信號(hào)提取方案的可靠性驗(yàn)證以及多頻點(diǎn)反射法提供理論依據(jù);(2)設(shè)計(jì)了基于定向耦合器的反射信號(hào)在線測(cè)量的方案,并通過(guò)ADS與CST聯(lián)合仿真的方法驗(yàn)證了方案的可行性。通過(guò)不同等離子體鞘套參數(shù)下的信號(hào)傳輸規(guī)律,得到可通過(guò)透射與反射信號(hào)對(duì)等離子體參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的結(jié)論。針對(duì)透射信號(hào)存在要通過(guò)長(zhǎng)距離的傳輸,到達(dá)地面接收站信號(hào)功率極弱的缺點(diǎn),而反射信號(hào)通過(guò)等離子體后不存在長(zhǎng)距離傳輸?shù)膯?wèn)題,提出了通過(guò)反射信號(hào)估計(jì)等離子體鞘套參數(shù)的方法。在CST中對(duì)等離子體和天線建模仿真,獲得不同等離子體參數(shù)分布下天線的S參數(shù)。將包含天線S參數(shù)的二端口網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入ADS的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng),在ADS中采用瞬態(tài)仿真的方法提取時(shí)域信號(hào),并對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換獲得信號(hào)的頻域幅度和相位信息;(3)設(shè)計(jì)基于多頻點(diǎn)反射信號(hào)的等離子體電子密度分布的診斷方法。不同參數(shù)分布的等離子體鞘套對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懜鞑幌嗤?為了削弱等離子體對(duì)信號(hào)的影響,在進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理時(shí),需要實(shí)時(shí)測(cè)量等離子體鞘套的參數(shù)分布。針對(duì)現(xiàn)有的微波反射法具有時(shí)延的問(wèn)題,提出了多頻點(diǎn)反射法測(cè)量鞘套參數(shù)分布的方法,該方法硬件易于實(shí)現(xiàn),并且具有時(shí)間同步性。不同頻點(diǎn)的電磁波會(huì)在不同電子密度臨界面發(fā)生全反射,因而各頻點(diǎn)反射信號(hào)的幅度相位不相同。通過(guò)幾何光學(xué)近似法計(jì)算反射信號(hào)在整個(gè)傳輸過(guò)程中的相位變化量,并通過(guò)相位變化反推得到各頻點(diǎn)發(fā)生全反射的位置,同時(shí)計(jì)算得到不同鞘套位置處的密度大小。根據(jù)國(guó)外飛行試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果,鞘套電子密度近似服從雙高斯分布,將不同位置和各位置處的電子密度大小通過(guò)高斯分布擬合獲得整個(gè)鞘套上升沿的密度分布。
【圖文】：

圖3.11 Drude 仿真模型設(shè)置發(fā)射天線接收天線圖3.12 均勻等離子體下天線仿真模型等離子體模型有助于準(zhǔn)確獲得某一特定等離子體參量對(duì)況下，飛行器表面包覆的等離子體鞘套電子密度是不均鞘套平均分為 300 層均勻分布的等離子體薄層，Drude 撞頻率v 、等離子體特征頻率 ，d 和 ，，i=1,2,3,…

信號(hào)提取原理圖
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V419;V556

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2701460