航天器再入段電波特性及加磁場(chǎng)減輕黑障效應(yīng)研究.pdf

1、良好的通信系統(tǒng)對(duì)于航天飛行器返回艙的安全著陸起著至關(guān)重要的作用。然而，返回艙高速再入大氣層時(shí)將因激波壓縮和粘性加熱產(chǎn)生等離子體，其將與通信電波發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，從而致使電波衰減，甚至在一定的高度和時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致通信中斷，此即為黑障效應(yīng)。此時(shí)航天通信系統(tǒng)的性能除與無(wú)線電設(shè)備自身的優(yōu)劣程度有關(guān)外，還需更多地考慮通信電波的特殊傳播環(huán)境。為此，研究再入通信需首先研究再入環(huán)境特性及此等離子體環(huán)境下的電波特性，然后在此基礎(chǔ)上探求減輕再入等離子體效應(yīng)的

2、行之有效的方法，并合適地選取與通信電波傳播環(huán)境相匹配的工作參數(shù)，方可有望提升系統(tǒng)通信性能。
　　 本文首先介紹了等離子體物理基礎(chǔ)及再入等離子體鞘套的相關(guān)理論;
　　 其次較系統(tǒng)地研究了再入等離子體中電波傳播特性，所做工作主要有:(1)基于MATLAB軟件仿真并分析了等離子體中電波傳播的衰減常數(shù)，由此重點(diǎn)闡述了碰撞頻率對(duì)衰減的特殊作用;(2)采用分層方法推導(dǎo)獲得了電波在非均勻等離子體中傳播時(shí)的散射矩陣;(3)分別對(duì)電波垂直

3、入射和斜入射（垂直極化和水平極化方式下）兩種情況下均勻非磁化等離子體中的吸收特性和反射特性進(jìn)行了理論剖析，借助于MATLAB軟件編程仿真及分析了相應(yīng)的吸收功率系數(shù)和反射功率系數(shù);(4)編程仿真、分析了電波經(jīng)等離子體鞘層后的透射特性。同時(shí)，基于MATLAB圖形用戶界面（GUI界面）平臺(tái)，針對(duì)以上電波傳播特性自主研制、編寫(xiě)了通用設(shè)計(jì)界面，以便更直觀、全面地進(jìn)行仿真和計(jì)算;
　　 然后，在此基礎(chǔ)上，對(duì)MPSK(M=4，8，16)體制經(jīng)

4、等離子體信道后的通信誤碼率進(jìn)行了原創(chuàng)性的公式推導(dǎo)和仿真計(jì)算，其相關(guān)方法、推導(dǎo)過(guò)程及結(jié)論已于2012年7月申請(qǐng)了題為“黑障區(qū)MPSK信息傳輸特性模擬方法”的國(guó)防發(fā)明專利，專利編號(hào)為201218002827.8，因該專利目前尚未授權(quán)，故暫不宜完全公開(kāi)詳細(xì)內(nèi)容。
　　 最后，闡述了加恒定磁場(chǎng)方法減輕黑障效應(yīng)。初步建立了“磁窗”模型，解釋了“磁窗”機(jī)理，并推導(dǎo)了磁化等離子體的復(fù)介電張量及磁化等離子體中電波傳播的衰減常數(shù)計(jì)算公式，隨后基于