動態等離子鞘套信道模型研究

《動態等離子鞘套信道模型研究》是依託西安電子科技大學，由石磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：動態等離子鞘套信道模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：石磊
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

再入過程或者近空間高超聲速飛行器在超音速飛行過程中，等離子鞘套造成的通信中斷問題（黑障）一直制約著我國航天事業的發展。等離子鞘套信道模型的預測和建立是設計克服黑障測控通信體制的前提和核心，為了深刻理解動態等離子鞘套信道，本研究擬從動態電漿與電波相互作用機理研究出發，建立動態等離子物理模型，深入分析動態電漿內電波傳播特性和信號特性，明確等離子鞘套傳輸信道特性與電漿電子密度分布和碰撞頻率特別是電子密度抖動的關係，採用雙頻雙點互相關法計算獲取信道的時延功率譜和都卜勒功率譜；結合廣義寬平穩不相關散射信道建模理論，設計等離子鞘都卜勒成型濾波器，構建等離子鞘套理論信道模型；同時利用動態等離子鞘套地面模擬實驗平台進行電波傳播、信號特性和信道參數的測試以對理論信道模型做驗證和修正。本研究可為國內克服等離子鞘套黑障問題提供通信信道基礎理論支持。

結題摘要

本項目針對再入動態電漿通信中斷問題，構建動態等離子鞘套物理模型，研究動態等離子鞘套下的電波傳播特性，明確信號和信道特性與電子密度及其抖動的關係；研究動態電漿中信道建模方法和信道實驗驗證及修正方法，構建動態等離子鞘套確定性信道模型。 針對動態電漿參數的時變特徵，根據物理參數變化速率與信號的速率關係、空間變化和時變變化規律，構建了電漿鞘套電子密度時變模型，為動態電漿鞘套下的時域、頻域、空域信道特性研究提供了基礎。針對現有電磁計算方法在時變電漿電波計算中的不足，以及隨機介質建模方法的高複雜度問題，提出了動態電漿鞘套下的準靜態蒙特卡洛計快速時變衰減計算方法，該方法為信號特性獲取及信道特性的統計提取奠定了基礎。針對再入飛行器的電漿鞘套信道信道的非平穩特性，提出了一種非平穩信道的自適應馬爾科夫信道建模方法，採用可逆跳變蒙特卡洛馬爾科夫（RJ-MCMC）算法無需人為設定自適應的估計信道狀態數、及各狀態信道參數。針對電波傳播特性和信道建模方法的驗證問題，提出了基於循環CAZAC序列的信道測量方法，搭建了電波傳播及信號特性地面實驗平台，獲取了典型動態電漿狀態下的信號傳輸特性數據，並通過地面實驗驗證了理論信道建模的正確性。 本項目研究填補了國內這一領域研究的空白，在國內外電漿電波傳播領域處於領先水平。突破等離子鞘套下測控通信技術的基礎理論瓶頸，為再入/近空間高超聲速飛行器測控通信系統設計提供堅實的基礎理論支撐。