【摘要】：高超聲速飛行器再入過程中,會在飛行器表面產生“等離子體鞘套”。等離子體鞘套會對電磁波產生不同程度的反射衰減和吸收衰減,使通信質量惡化,嚴重時甚至會導致通信中斷,產生“黑障”現象。如果能測量鞘套的參數分布,預估等離子體鞘套對信號傳輸的影響并對信號進行預處理,便能夠削弱等離子體鞘套對信號傳輸的影響。本文在等離子體鞘套電磁波傳播理論研究的基礎上,提出了基于反射信號幅頻特性的多頻點反射法。通過實時測量多個頻點反射信號的幅度和相位信息實現了等離子體鞘套的參數分布估計。主要研究內容和貢獻如下:(1)采用等效波阻抗法探究了不同等離子體鞘套參數分布下的信號傳輸規(guī)律,為反射信號提取方案的可靠性驗證以及多頻點反射法提供理論依據;(2)設計了基于定向耦合器的反射信號在線測量的方案,并通過ADS與CST聯合仿真的方法驗證了方案的可行性。通過不同等離子體鞘套參數下的信號傳輸規(guī)律,得到可通過透射與反射信號對等離子體參數進行測量的結論。針對透射信號存在要通過長距離的傳輸,到達地面接收站信號功率極弱的缺點,而反射信號通過等離子體后不存在長距離傳輸的問題,提出了通過反射信號估計等離子體鞘套參數的方法。在CST中對等離子體和天線建模仿真,獲得不同等離子體參數分布下天線的S參數。將包含天線S參數的二端口網絡導入ADS的信號測量系統(tǒng),在ADS中采用瞬態(tài)仿真的方法提取時域信號,并對時域信號進行傅里葉變換獲得信號的頻域幅度和相位信息;(3)設計基于多頻點反射信號的等離子體電子密度分布的診斷方法。不同參數分布的等離子體鞘套對信號傳輸的影響各不相同,為了削弱等離子體對信號的影響,在進行信號預處理時,需要實時測量等離子體鞘套的參數分布。針對現有的微波反射法具有時延的問題,提出了多頻點反射法測量鞘套參數分布的方法,該方法硬件易于實現,并且具有時間同步性。不同頻點的電磁波會在不同電子密度臨界面發(fā)生全反射,因而各頻點反射信號的幅度相位不相同。通過幾何光學近似法計算反射信號在整個傳輸過程中的相位變化量,并通過相位變化反推得到各頻點發(fā)生全反射的位置,同時計算得到不同鞘套位置處的密度大小。根據國外飛行試驗測量結果,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高斯分布擬合獲得整個鞘套上升沿的密度分布。
【圖文】：

圖3.11 Drude 仿真模型設置發(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確獲得某一特定等離子體參量對況下，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,…

信號提取原理圖
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V419;V556

【參考文獻】

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本文編號：2701460