基于多频点反射法的等离子体鞘套参数分布探究

发布时间：2020-06-07 13:09

【摘要】：高超声速飞行器再入过程中,会在飞行器表面产生“等离子体鞘套”。等离子体鞘套会对电磁波产生不同程度的反射衰减和吸收衰减,使通信质量恶化,严重时甚至会导致通信中断,产生“黑障”现象。如果能测量鞘套的参数分布,预估等离子体鞘套对信号传输的影响并对信号进行预处理,便能够削弱等离子体鞘套对信号传输的影响。本文在等离子体鞘套电磁波传播理论研究的基础上,提出了基于反射信号幅频特性的多频点反射法。通过实时测量多个频点反射信号的幅度和相位信息实现了等离子体鞘套的参数分布估计。主要研究内容和贡献如下:(1)采用等效波阻抗法探究了不同等离子体鞘套参数分布下的信号传输规律,为反射信号提取方案的可靠性验证以及多频点反射法提供理论依据;(2)设计了基于定向耦合器的反射信号在线测量的方案,并通过ADS与CST联合仿真的方法验证了方案的可行性。通过不同等离子体鞘套参数下的信号传输规律,得到可通过透射与反射信号对等离子体参数进行测量的结论。针对透射信号存在要通过长距离的传输,到达地面接收站信号功率极弱的缺点,而反射信号通过等离子体后不存在长距离传输的问题,提出了通过反射信号估计等离子体鞘套参数的方法。在CST中对等离子体和天线建模仿真,获得不同等离子体参数分布下天线的S参数。将包含天线S参数的二端口网络导入ADS的信号测量系统,在ADS中采用瞬态仿真的方法提取时域信号,并对时域信号进行傅里叶变换获得信号的频域幅度和相位信息;(3)设计基于多频点反射信号的等离子体电子密度分布的诊断方法。不同参数分布的等离子体鞘套对信号传输的影响各不相同,为了削弱等离子体对信号的影响,在进行信号预处理时,需要实时测量等离子体鞘套的参数分布。针对现有的微波反射法具有时延的问题,提出了多频点反射法测量鞘套参数分布的方法,该方法硬件易于实现,并且具有时间同步性。不同频点的电磁波会在不同电子密度临界面发生全反射,因而各频点反射信号的幅度相位不相同。通过几何光学近似法计算反射信号在整个传输过程中的相位变化量,并通过相位变化反推得到各频点发生全反射的位置,同时计算得到不同鞘套位置处的密度大小。根据国外飞行试验测量结果,鞘套电子密度近似服从双高斯分布,将不同位置和各位置处的电子密度大小通过高斯分布拟合获得整个鞘套上升沿的密度分布。
【图文】：

仿真模型,等离子体

图3.11 Drude 仿真模型设置发射天线接收天线图3.12 均匀等离子体下天线仿真模型等离子体模型有助于准确获得某一特定等离子体参量对况下，飞行器表面包覆的等离子体鞘套电子密度是不均鞘套平均分为 300 层均匀分布的等离子体薄层，Drude 撞频率v 、等离子体特征频率，d 和，，i=1,2,3,…

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信号提取原理图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V419;V556

【参考文献】