等離子鞘套下測控通信信號傳輸特性研究.pdf

1、近年來，臨近空間的開發(fā)利用已成為眾多國家與組織關注的焦點。隨著宇航技術的飛速發(fā)展，超高速飛行器得到越來越廣泛的應用。但當飛行器速度大于10馬赫，表面形成激波，使高速飛行器的大量動能轉化為熱能，其表面附近的空氣分子被高溫電離，形成包覆于表面的“等離子鞘套”，嚴重時會導致通信中斷，即“黑障”現象，極大地危害了飛行器的飛行安全。
　　目前主流的解決方法是提高通信頻率或者通過干預機制降低等離子鞘套濃度。相關研究表明，即使通信頻率高于等離子

2、鞘套的截止頻率，電磁波的大部分能量能夠穿透等離子鞘套，但通信過程中，誤碼率非常高，仍無法進行可靠通信。所以，不得不從通信信號傳輸的角度進行分析。通過理論與實驗研究，均發(fā)現等離子鞘套并不是恒穩(wěn)的，而是動態(tài)時變的，所造成的影響與穩(wěn)態(tài)等離子體有很大不同。本文針對動態(tài)等離子鞘套引起的通信質量嚴重惡化問題展開研究，闡述了電磁波在動態(tài)等離子體中的傳輸機理；發(fā)現并解釋了動態(tài)等離子體引起的寄生調制效應；建立了適用于通信系統(tǒng)仿真的動態(tài)等離子鞘套信道模型；

3、并在信道模型的基礎上，仿真分析了動態(tài)等離子鞘套對多種測控通信信號傳輸的影響。從實驗手段上，建立了一套可產生任意變化規(guī)律的動態(tài)等離子鞘套產生裝置，在此基礎上進行了測控通信信號在動態(tài)等離子體中的傳輸實驗。本文的主要創(chuàng)新點和貢獻包括：
　　1.在實驗中發(fā)現動態(tài)等離子體引起的寄生調制效應。針對電磁波在動態(tài)等離子體中的傳播問題，推導了電磁波在動態(tài)等離子體中的傳播過程和寄生調制效應的形成機理。認為動態(tài)時變的等離子體會將其本身的動態(tài)變化形式映射

4、到經過等離子的電磁波上，引起不必要的幅度和相位寄生調制。并分析了調制程度與載波頻率、等離子體參數的關系。
　　2.提出了適用于通信仿真的動態(tài)等離子鞘套信道模型研究?；趧討B(tài)等離子體電磁波傳播經典理論，討論了動態(tài)等離子鞘套信道可能存在的一些信道特性及相應的衡量方法；提出了一種基于等效波阻抗法的信道建模方法。并在此信道模型上，仿真得到了動態(tài)等離子鞘套信道的時間選擇性、頻率選擇性等關鍵信道特性參數。
　　3.從信息傳輸的角度，分析

5、了動態(tài)等離子鞘套對典型測控通信信號的傳輸特性影響。通過理論仿真，研究了動態(tài)等離子鞘套信道對MPSK信號以及2FSK信號的影響機理。同時，針對Multi-h CPM測控新體制的調制解調方法展開了研究，并且仿真分析了動態(tài)等離子鞘套信道對解調算法的影響。
　　仿真結果表明：1、MPSK信號在受到動態(tài)性影響較為嚴重，動態(tài)等離子引起的寄生調制效應也會使傳輸信號的星座圖發(fā)生旋轉，造成其判決容差閾度變小，通信可靠性下降。并且載波頻率越接近等離子

6、頻率時，其寄生調制效應越強烈。提高載波頻率有助于減弱調制效應，減少星座點的交疊，降低誤碼率，但是不能消除干擾，而擴頻技術可以有效的提升測控通信系統(tǒng)的抗誤碼特性。2、動態(tài)等離子引起的調制效應會導致2FSK信號頻譜擴展，但是只要保證設定頻差大于頻譜擴展量，即頻差足夠大（大于等離子動態(tài)變化最大頻率），2FSK就具有很好的抗干擾效果，受等離子體調制效應的影響很小，基本無誤碼。3、連續(xù)相位調制對動態(tài)等離子鞘套引起的幅相寄生調制非常敏感，難以在存在