类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先,利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据,初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性;其次,在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真,分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性,研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一;最后,研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。     

等离子体电磁信号多维度特征测量系统研究

为进一步研究等离子体鞘套特性及其对电磁波传输的影响,研制等离子体电磁信号多维度特征测量系统。系统可在地面实验环境中对高速目标等离子体下通信信号进行多维度特征测量,分析信号传输衰减、相位畸变等特性。系统完成Ka测控通信频段等离子体透射测量实验,验证多维度特征测量系统宽带测量、大动态微弱信号的检测能力。对采集的数据进行分析,初步验证等离子体对通信信号的衰减和相位特性的影响。     

任意角入射到非均匀等离子体的WKB法

用WKB法研究了以任意角入射的电磁波在非均匀非磁化等离子体中的衰减特性,给出了电磁波在非均匀非磁化等离子体中的双程衰减公式。选用抛物线型等离子体密度分布进行计算,基于等离子体共振吸收概念分析了双程衰减与入射电磁波频率、等离子体碰撞频率、等离子体最大密度和电磁波入射角等的关系。对等离子体隐身研究有一定的参考价值。     

太赫兹光谱探测技术发展现状与趋势*

光谱探测技术在物质识别、材料科学、生化及医药研究中有着广泛的应用。太赫兹波作为频率介于毫米波和红外之间的电磁波,由于其独特的光谱性质,近年来在光谱探测领域扮演着重要的角色。相比其他频段的光谱探测,极性分子对太赫兹光谱的特性吸收和太赫兹波的强相干性,使得太赫兹光谱探测可以直接获得材料的物化性质。首先介绍太赫兹技术原理,然后介绍太赫兹光谱技术特点、发展历程与现状,最后给出太赫兹光谱技术发展趋势。     

降低电磁波在再入等离子体中衰减的仿真分析

对电磁波在再入等离子体中的衰减特性进行了分析。在不减少辐射口面处等离子体电 子总数的条件下,提出一种极化方向电子密度周期变化分布降低电磁波衰减的方法。对于电 子密度均匀分布与再入过程中实际分布的等离子体模型,采用发射与接收天线,对电磁波在 等离子体中的传播特性进行仿真。得到了电子密度均匀分布与周期变化时的电场分布图,分 别计算了电子密度均匀分布与实际分布时的电磁波衰减,对原分布与周期变化分布时产生的 电磁波衰减进行比较。仿真结果表明,极化方向电子密度的周期变化,可有效改善电磁波的 传播特性,使电磁波衰减降低。
     

太赫兹技术空间应用研究探讨

作为近年来颇受世界各国和地区的科学家重视的一个新兴学科和技术领域,太赫兹辐射具有不同于其它波段电磁波的许多独特性质,在信息科学、生物学、医学、环境科学领域具有广阔的应用前景。文章介绍了国际上太赫兹技术空间应用的发展历史及及中国太赫兹技术的研究进展,给出了中国发展太赫兹空间技术的几点建议。     

基于光子晶体的太赫兹环行器设计及其内带电效应研究

对于卫星亚毫米波甚至太赫兹收发通信系统而言,由铁磁性器件构成的环行器和隔离器是实现功率隔离、保护发射通道不受反射功率影响的关键元器件。文章基于周期性光子晶体阵列,提出一种具有良好平面集成性的新型太赫兹环行器构型;并针对星载环境的电子辐照问题,采用典型能量电子辐照分析光子晶体Si的内带电特性、环行器整体电位以及局部电场分布特性。仿真结果表明,该环行器中心频率为205 GHz时,可在3 GHz带宽内实现电磁波定向不可逆传输的电性能,带内插入损耗小于0.5 dB,且受电子辐照带电的影响较小,在卫星高集成高密度太赫兹系统中具有较大的应用潜力。     

太赫兹辐射大气传输特性分析及城市衰减预估

变化的气候状况、区域海拔及大气层气象参数影响着太赫兹电磁波的传播状况。首先从理论上对太赫兹波辐射大气传输损耗的三个部分:自由空间传输损耗、大气吸收损耗及大气颗粒散射效应进行了分析;为了揭示太赫兹波自然大气传输损耗与气象参数的定量关系,基于国际电联建议ITU-R.676分别针对水汽密度、温度及大气压强进行了系列计算;最后根据2013年气象统计数据,进一步选择了四个代表性城市地理环境,讨论其大气吸收损耗随季节气候的变化情况,并预估了0.3THz频段该城市区域的大气吸收损耗。     

再入等离子体流动及其电磁波传输效应研究

基于求解N-S方程的数值方法和求解波动方程的WKB方法,建立了高超声速再入等离子体流场及其对电磁波传输影响的计算分析手段。通过比较分析飞行条件下再入体周围等离子体分布及其对通信的影响,初步验证了计算分析方法的可行性。在对再入等离子体流场数值模拟的基础上,计算了不同频率电磁波在等离子体介质中的传输特性,分析了再入体壁面催化条件及等离子体碰撞频率等因素对不同频率电磁波传输特性的影响。研究表明:再入高度越高,壁面催化对等离子体分布及其电磁波传输的影响越大;当电磁波频率低于特征碰撞频率时,碰撞频率可对电磁波传输特性产生显著影响。     

太赫兹波在等离子鞘套中的传播

文章介绍了平面波斜入射到不均匀非磁化等离子体时的散射矩阵方法,并用这种方法分析了等离子鞘套中太赫兹信号的传播特性;计算了鞘套的反射,透射与群时延。计算结果表明,在低碰撞频率时,鞘套的高通特性显著,随着碰撞频率的增加,鞘套的反射与透射系数随频率的变化趋于缓和;总体上等离子体的入射波频率的增加,有利于电磁波的透射。     

等离子体鞘套对飞行器再入过程信号传播特性的影响分析

再入飞行器表面所形成的等离子体鞘套会对通信信号的传播产生影响,甚至形成通信黑障。文章从电磁波在等离子体中的传播理论出发,分析建立鞘套对电磁波吸收和反射的数学模型;并以数学模型为基础,编制面向对象的计算软件,考察影响通信信号传播特性的各种因素。结果表明,等离子体鞘套内的电子密度及其分布对通信信号的传播特性有重要影响,减小等离子体密度可显著降低信号的衰减。     

太赫兹目标雷达散射截面测量技术

THz波介于微波和红外之间,其所处的特殊频段使其具有很多优越的特性,具有频带宽、波长短、信息容量大等特点。在军事应用上,太赫兹探测技术具有较强的庭隐身能力和目标识别能力。但是,由于太赫兹频段在大气中衰减比较严重,除几个特定的大气窗口外,以目前的技术要实现在大气层内的太赫兹超宽带雷达系统是不现实的。太赫兹波在外太空的无损传播特性,使得其在空间攻防对抗方面将有着及其巨大的应用前景。作为太赫兹雷达系统研制的总体设计、指标论证的前提,目标的太赫兹散射特性必须进行预先研究。文章主要介绍国外的典型太赫兹波目标Rcs测量系统组成及其技术特点,以及本单位在太赫兹RCS测量研究中所取得的成果和开展的主要工作。     

临近空间高超声速飞行器黑障问题研究综述

首先对国内外黑障问题研究历史进行了回顾,然后从等离子体鞘套形成机理和基本特征、电波传播机理及信道特征等方面阐述了高超声速飞行器黑障问题的成因。随后,着重介绍了等离子体流场和电波传播数值模拟方法并分析了方法的适用性。进一步对等离子体地面模拟方法和诊断技术进行了概述,并对国内外地面黑障实验结果进行了详细分析。在此基础上,针对临近空间高超声速飞行器的特点,采用层次分析法(AHP)对现有黑障消除技术进行了评估,给出了目前工程实用方法、近期可能实现的工程实用解以及未来具有应用潜力的消除技术。最后,对黑障问题后续研究方向提出了几点建议。     

大气中激光等离子体通道的传播特性分析

对大气中激光等离子体通道的传播终端特性进行了研究。建立了大气中激光等离子体通道的近似电磁模型,基于圆柱坐标系中纵向分量所满足的波动方程,给出了纵向场与横向场的关系,由边界条件导出了大气中激光等离子体通道的特征方程。特征方程的数值解获得了相应色散曲线。     

无线电波在再入等离子体中传输的衰减模型及仿真验证

简要描述再入等离子体的流场特性和等离子体的电特性参数,从平面电磁波在无限大均匀等离子体层的传输出发,推导无线电波在均匀和非均匀等离子体中受到衰减的数学模型。结合美国RAMC飞行试验数据,利用衰减模型计算了25km~75km高度上信号的衰减值,通过与美国RAMC飞行试验结论的对比,验证了衰减模型的正确性。     

钝头型航天器再入通信黑障及对策研究

首先介绍了无线电波在等离子体环境中传播的基础理论,在此基础上分析和讨论了钝头型航天器再入时形成的等离子鞘套及相关通信黑障现象。从13个方面(包括近期和远期实现的可能性等)对多种减轻或消除黑障的设想和方法:包括高频、激光、高等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)和品质因素(G/T值)、选择空气动力外形、亲电子材料、磁或电磁控制、中继等进行了全面的比较和评估。考虑到我国的空间基础设施和技术背景条件,利用中继法应是在近期可实现的工程技术解;而亲电子材料、磁或电磁控制法对解决各种等离子鞘套问题具有广阔的远期发展前景。文章的研究结果对我国今后的再入类航天器工程顶层构想具有参考意义。