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60000字论文范文等离子体对无线电信号的影响规律分析

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:等离子体,电信号,衰减
论文概述:

\"黑障\"问题是困扰无线电跟踪与测量多年的一个老问题,科技人员想出各种对策想要解决而一直没有很好的办法。

论文正文:

第一章导言

1.1
课题的背景和研究意义“黑障”是伴随人类航天活动和武器试验而出现在大气层中的一种独特现象。当返回的卫星、航天器、洲际导弹和其他飞行器以超高速进入大气层时,它们会与大气层剧烈摩擦和挤压,产生冲击波,使飞行器表面与周围的气体分子粘在一起。由于稠密大气的强烈摩擦,飞行速度迅速降低,飞机的大量动能转化为热能,温度不易消散,形成高达几千至一万摄氏度的高温区域。高温区域的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离,形成等离子体区域,等离子体区域像护套一样包裹着飞机。通常称为“等离子鞘”,等离子鞘可以吸收和反射无线电波。等离子体鞘导致电磁波传输特性的剧烈变化,这将导致目标在一定高度和一定时间内,造成无线电信号与外界的急剧衰减甚至中断,影响雷达和遥测等无线电跟踪测量设备对目标的跟踪。传统上,人们把飞机重返大气层时通讯中断的飞行区称为“禁区”。黑色掩膜的范围取决于等离子体密度、再入飞行器形状、材料、再入速度、发射信号的频率和功率等。黑障对稠密大气中高速目标的测量和无线电通信有严重影响,主要表现在以下几个方面:
(1)无线电波部分被等离子体层吸收(遥测下行信号、雷达上行信号和下行信号在穿过等离子体层时衰减);
(2)在等离子体密度急剧变化的地方无线电磁波能量的折射和反射;
(3)等离子体层改变飞机周围介质的介电特性,改变飞机附近的电磁场结构,从而改变飞机上天线的辐射方向图和电磁辐射的极化特性。
(4)等离子体本身在一定频谱上的辐射增加了通信系统的噪声;
(5)由于等离子体电磁特性的非线性,各种通信系统之间会发生交叉调制和干扰。在黑势垒中,上述效应对于高密度等离子体非常严重,特别是吸收和反射引起的衰减,这导致无线电信号在某一阶段中断。对于低密度等离子体,在不中断的情况下,无线电信号的衰减非常大,这对电磁波传播也有不利影响,包括吸收衰减、折射衰减、噪声引入、模式变化和失谐等。在过去的导弹和神舟飞船飞行试验中,无线电测量系统都不同程度地经历了信号中断。为分析弹道导弹目标再入等离子体分布特征,建立了现有导弹等离子体鞘模型。最后,根据以前的飞行试验数据对模型进行了修正。通过对等离子体建模和分布特性的研究,综合分析和研究了影响黑障形成和地面测控设备测量的各种因素。对飞行中可能出现的“黑障”问题进行了深入研究。这对于有效克服等离子体鞘层影响的新型测控系统的无线电跟踪测量研究和演示具有重要意义。等离子鞘也可以用于隐形。等离子体隐身技术也有许多应用研究。本文不讨论这方面。

1.2国内外研究进展及现状
国内外对等离子体鞘引起的黑垒问题进行了大量的技术研究和试验。在20世纪60年代和70年代,美国进行了许多等离子体测试,并进行了许多研究。研究了黑障对再入飞行目标通信的影响,并寻求解决黑障造成通信中断的方法。例如,通过优化飞机形状、注水等方法和实验,测量了黑障对无线电信号的影响,获得了大量的第一手数据。经过测试,笑国在一定程度上获得了等离子鞘的特性,并探索了减少通信中断的方法。然而,美国的测试数据不是公开的,很难获得。在这一领域没有获取数据的捷径,只能靠自己。我国武器试验和空间技术的发展使得获取黑障数据成为可能。几十年来,空间和国防实验积累了一定的数据,为该领域的研究提供了有价值的数据,并探索了一些应急方法。然而,到目前为止,中国还没有找到一种完全解决信号中断的方法。国内外发表的关于等离子体对电磁波影响的大部分分析都是理论性的,缺乏测量数据作为论据。在理论分析的基础上,利用多目标再入“黑障”期积累的测量数据、神舟飞船再入舱“黑障”期数据和等离子体对无线电信号影响的测量数据,分析了等离子体对不同频段电磁波的影响,验证了等离子体对无线电信号影响的理论和模型。

1.3等离子体的无线电衰减机制
当无线电信号进入等离子体时,带正电荷的离子和带负电荷的自由电子在电磁场的作用下移动,无线电信号将能量传递给带电粒子。在运动过程中,带电粒子不断与中性离子碰撞,能量在碰撞过程中传递给中性粒子。结果,无线电信号的功率被衰减。这种衰减称为吸收衰减。吸收衰减随着等离子体厚度的增加而增加。由于各种因素,等离子体不能均匀,并且无线电信号将在等离子体的界面处被反射以形成反射衰减。无线电信号的衰减主要是这两种类型,其中吸收衰减是主要的。

1.4解决黑障问题的几种方法................10-12
1.5本文安排................12-13
第二章等离子体对无线电波的影响分析................13-35[/溴/] 2.1等离子体概述................13-14[/溴/] 2.1.1等离子体的定义................13
2.1.2等离子体的主要物理参数................13-14[/溴/] 2.2等离子体对不同频段电磁波的影响................14-26
2.3等离子体对通信系统的影响................26-34 [/BR/] 2.4本章概述................4-35
第三章等离子体模拟试验和数据分析................35-44
3.1等离子体对无线电信号影响的模拟试验...................35-36 [/BR/] 3.1.1模拟测试设备................35
3.1.2测量设备................35-36[/溴/] 3.2等离子体产生方法和途径................36-37
3.3等离子体对无线电信号影响的验证................37-40 [/BR/] 3.3.1演示验证测试................37
3.3.2多传感器融合试验的效果分析................37[/比尔/] 3.3.3多特征相关性分析................37-40
3.4模拟测试数据处理................40-43
3.5分析结论................43
3.6本章概述................43-44
第四章黑色屏障对无线电信号的影响分析................44-63 [/BR/] 4.1弹道导弹再入时黑障分析................44-57
4.1.1发生黑障时目标的环境特征分析...................44-46
4.1.2黑障发生机制和黑障确认................46-52
4.1.3弹道导弹再入大气层黑障的法律分析..............................52-57
4.2神舟飞船反弹道重返大气层黑障规律分析...................57-62
4.2.1返回舱黑色屏障部分的数据................57-60 [/BR/] 4.2.2返回舱黑障规律分析................60-62
4.3本章概述................62-63

摘要和前景

“黑障”是一个困扰无线电跟踪和测量多年的老问题。科技人员已经想出了各种对策来解决它,但一直没有好的解决办法。研究等离子体产生的“黑障”效应,不仅有助于克服黑障带来的负面影响,解决黑障地区的无线电测量问题,而且对空间和军事具有重要意义。此外,在发展等离子体隐身技术的研究中,积极利用黑障也具有重要意义。在详细分析等离子体对不同频段无线电信号影响和等离子体对通信系统影响的基础上,从理论上计算了不同屯子密度、碰撞频率、不同厚度和不同入射角条件下的功率吸收系数和反射系数,并计算了电磁波在等离子体中的传输损耗。详细分析了通信系统的抗干扰能力。模拟了等离子体对无线电信号的影响。对雷达设备和S波段遥测设备在多个频段的测量数据进行了处理和分析,给出了等离子体对无线电信号的影响。分析了弹道导弹和神舟飞船再入过程中黑障的形成规律,深入研究了黑障的形成机理,明确了黑障的确认原则,为以后各种试验任务中黑障的分析和判断提供了依据。本文的研究内容只是冰山一角,后续研究还有很多工作要做。这里有几个例子:
(1)黑色区域的无线电跟踪和测量问题尚未解决。改变频带的测量设备的下一个发展有望显著提高无线电信号进入黑色屏障的“穿透力”。然而,频率的增加带来了许多新的问题,需要解决,例如角跟踪和窄波束天线的捕获。
(2)黑障仿真技术的研究非常困难。山地环境很难与真实环境相区别,模拟效果也与真实情况大相径庭。如何改进仿真技术对黑障的研究具有重要意义。
(3)继续对历史数据进行深入挖掘和分析,这是一项巨大而复杂的任务;
(4)等离子体技术演示试验,以获得不同频段的无线电测量数据。由于该领域的数据有限,理论分析需要数据验证,这也是一项长期的工作。

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