一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法

本发明涉及无线通信。

背景技术：

1、高速飞行器具有飞行速度快、飞行高度高、响应能力快、能在短时间内到达世界任意地区等诸多特点，对于军事及民用具有重要意义，引发了世界各国的高度关注。然而当高速飞行器以极高的速度在大气层中飞行时，飞行器表面会形成一层等离子鞘套，等离子鞘套会吸收、反射电磁波，对通信信号的幅度、相位产生严重的影响，会造成通信质量的恶化甚至中断，这是当前高速飞行器所面临的最大问题之一。

2、为了提高对高速飞行器的测控技术和通信能力，有必要建立在等离子鞘套影响下的信道条件，在这个条件下，实现在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，得到时域上的高速飞行器表面等离子鞘套等离子体电子密度分布和信号衰减序列对此有重要意义。

技术实现思路

1、本发明是为了实现高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输问题，从而提供一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，它包括以下步骤：

4、步骤一、建立等离子鞘套模型，包括：建立等离子体电子密度模型、建立等离子体频率模型和建立等离子体碰撞频率模型；

5、步骤二、采用双指数模型模拟高速飞行器的等离子体鞘套电子密度分布，获得等离子体电子密度模型分布模型；

6、步骤三、对步骤二所述电子分布模型进行修正，用于使其更加符合真实场景下的等离子电子密度分布；

7、步骤四、将步骤一建立的等离子体电子密度模型和步骤三中修正后的电子分布模型使用等效波阻抗法获得等离子体电子密度对信号传输衰减的影响值；

8、步骤五、将步骤一建立的等离子体碰撞频率模型和步骤三中修正后的电子分布模型使用等效波阻抗法获得等离子体碰撞频率对信号传输衰减的影响值；

9、步骤六、将步骤一建立的等离子体频率模型和步骤三中修正后的电子分布模型使用等效波阻抗法获得动态等离子鞘套衰减时域变化关系；

10、步骤七、将步骤四获得的等离子体电子密度对信号传输衰减的影响值、步骤五获得的等离子体碰撞频率对信号传输衰减的影响值和步骤六获得的动态等离子鞘套衰减时域变化关系作为高速飞行器在等离子鞘套影响下的一次信号传输模拟结果，完成一次高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟。

11、进一步地，步骤一中，建立等离子体电子密度模型的具体方法是：将等离子体的电子密度用ne(z)表示，代表着单位体积内电子的数量；在高速飞行器表面产生的等离子体中，等离子体电子密度在空间上分布是不均匀的，其变化取决于高速飞行器飞行高度、飞行速度和以及飞行姿态的多种因素，高速飞行器表面的等离子体鞘套电子密度在低空部分近似服从双指数分布，在高空部分，高速飞行器表面的等离子体鞘套电子密度近似服从高斯分布；根据模拟传输情况选择具体分布模型完成建模。

12、进一步地，步骤一中，建立的等离子体频率模型具体为：

13、

14、式中，ne(z,t)表示某一时刻某一位置的电子密度；qe表示单位电子电荷量；ε0为真空中的介电常数；me表示电子质量。

15、进一步地，步骤一中，建立的等离子体碰撞频率模型具体为：

16、vc＝5.19×1011·ktne(z,t)   (2)

17、式中，ne(z,t)为某一时刻某一位置的电子密度；k为玻尔兹曼常数；t为等离子体温度。

18、进一步地，步骤二中，采用双指数函数分布模型来模拟高速飞行器飞行时表面的等离子体鞘套电子密度分布情况，其所满足的双指数函数分布的表达式为：

19、

20、式中，nemax为等离子体最大电子密度；z10表示双指数函数的拐点；z2-z1表示所建立等离子体模型的厚度；η1表示双指数函数第一部分的变化程度；η2表示双指数函数第二部分的变化程度。

21、本发明获得的有益效果：

22、1、本发明能够模拟出信号通过等离子鞘套后衰减时域变化；

23、2、相较于传统采用化学模型来计算电子密度的方法，简化了分析过程。

技术特征：

1.一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，其特征是：它包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，其特征在于步骤一中，建立等离子体电子密度模型的具体方法是：将等离子体的电子密度用ne(z)表示，代表着单位体积内电子的数量；在高速飞行器表面产生的等离子体中，等离子体电子密度在空间上分布是不均匀的，其变化取决于高速飞行器飞行高度、飞行速度和以及飞行姿态的多种因素，高速飞行器表面的等离子体鞘套电子密度在低空部分近似服从双指数分布，在高空部分，高速飞行器表面的等离子体鞘套电子密度近似服从高斯分布；根据模拟传输情况选择具体分布模型完成建模。

3.根据权利要求1所述的一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，其特征在于步骤一中，建立的等离子体频率模型具体为：

4.根据权利要求1所述的一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，其特征在于步骤一中，建立的等离子体碰撞频率模型具体为：

5.根据权利要求1所述的一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法，其特征在于步骤二中，采用双指数模型来模拟高速飞行器的等离子体鞘套电子密度分布，等离子体电子密度服从的双指数函数分布的表达式为：

技术总结
一种高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输模拟方法,本发明涉及无线通信领域,是为了模拟高速飞行器在等离子鞘套影响下的信号传输问题。本发明首先采用双指数模型来模拟高速飞行器的等离子体鞘套电子密度分布；然后采用这个模型研究等离子体的参数对衰减的影响，使用等效波阻抗法进行分层分析，将等离子体按照厚度进行分层，每层的厚度足够薄，以保证等离子体在每层内的电磁特性基本一致；研究不同等离子体参数等离子体碰撞频率对信号传输衰减的影响。本发明适用于模拟等离子鞘套对电磁波的影响。

技术研发人员：贾敏,王硕,王欣玉,卢月,赵超,李冬梅,吴健
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15