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(guān)注的焦點。隨著宇航技術(shù)的飛速發(fā)展，超高速飛行器得到越來越廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)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(zhuǎn)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(yán)重時會導(dǎo)致通信中斷，即“黑障”現(xiàn)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(yù)機制降低等離子鞘套濃度。相關(guān)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(jìn)行可靠通信。所以，不得不從通信信號傳輸?shù)慕嵌冗M(jìn)行分析。通過理論與實驗研究，均發(fā)現(xiàn)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(zhì)量嚴(yán)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(xiàn)并解釋了動態(tài)等離子體引起的寄生調(diào)制效應(yīng)；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(chǔ)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?shù)挠绊?。從實驗手段上，建立了一套可產(chǎn)生任意變化規(guī)律的動態(tài)等離子鞘套產(chǎn)生裝置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(xiàn)包括：
　　1.在實驗中發(fā)現(xiàn)動態(tài)等離子體引起的寄生調(diào)制效應(yīng)。針對電磁波在動態(tài)等離子體中的傳播問題，推導(dǎo)了電磁波在動態(tài)等離子體中的傳播過程和寄生調(diào)制效應(yīng)的形成機理。認(rèn)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(jīng)過等離子的電磁波上，引起不必要的幅度和相位寄生調(diào)制。并分析了調(diào)制程度與載波頻率、等離子體參數(shù)的關(guān)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(jīng)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(yīng)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(guān)鍵信道特性參數(shù)。
　　3.從信息傳輸?shù)慕嵌?，分?/p>

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(diào)制解調(diào)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(diào)算法的影響。
　　仿真結(jié)果表明：1、MPSK信號在受到動態(tài)性影響較為嚴(yán)重，動態(tài)等離子引起的寄生調(diào)制效應(yīng)也會使傳輸信號的星座圖發(fā)生旋轉(zhuǎn)，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(diào)制效應(yīng)越強烈。提高載波頻率有助于減弱調(diào)制效應(yīng)，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(shù)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(diào)制效應(yīng)會導(dǎo)致2FSK信號頻譜擴展，但是只要保證設(shè)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(diào)制效應(yīng)的影響很小，基本無誤碼。3、連續(xù)相位調(diào)制對動態(tài)等離子鞘套引起的幅相寄生調(diào)制非常敏感，難以在存在