外加磁场改善临近空间GPS通信研究

针对飞行器以高超声速穿过临近空间大气层产生的通信"黑障"问题,提出了外加磁场,改变电磁环境以解决通信黑障问题的方案。依据美国RAM C提供的飞行试验数据,建立磁化等离子体鞘套模型,通过数值计算方法分析了磁场强度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率和等离子体电子密度对GPS信号传输的反射和衰减特性。综合分析仿真表明:对处于低频段的GPS信号,通过在航天器周围添加磁场,能够明显改善电磁波在等离子体鞘套中的传输性能,当外加磁场强度大于2T时,GPS信号在等离子体鞘套中的传输衰减值均在5dB以下,有效减缓了黑障对于电磁波传输的影响,达到了较好的通信状态。     

48km以上黑障区电磁波的趋肤深度分析

空间飞行器返回大气过程中,降落至距离地面100km到48km处时会在表面形成一个复杂多变的等离子鞘套,这个等离子鞘套对电磁波的传播具有很大的衰减作用,对地面站与空间飞行器的电磁波通信产生不利的影响。本文从等离子鞘套具有近似金属的导电性的角度,通过分析电磁波在不同高度处的等离子鞘套内传播的趋肤深度,进而分析空间飞行器返回大气降落过程电磁波频率变化对克服通信黑障问题的影响。     

中继法解决再入航天器通信黑障问题优化研究

中继法是目前解决航天器再入通信黑障问题的一种可行方案,建立了背风面等离子鞘套模型,分析航天器再入俯仰角对信号在鞘套中的传输影响,并在航天器再入初始俯仰角下对比了S频段和Ka频段信号在背风面等离子鞘套的传输情况。结果表明:俯仰角越大,信号电磁波在等离子鞘套中的衰减越小;相同俯仰角下Ka频段传输性能明显优越于S频段信号,Ka频段信号相比于S频段信号,在背风面的透射率至少提高55%、衰减值至少降低33.69 dB,建议选用Ka频段信号作为中继卫星与再入航天器之间的通信频段并提出中继优化方案,为进一步解决航天器再入过程中的通信黑障问题提供思路。     

临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析

针对高超声速飞行器在临近空间巡航时出现的通信"黑障"问题,根据RAM C提供的飞行试验数据,建立一维等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体与太赫兹波的相互作用机理,并从等离子体厚度、等离子体电子密度、等离子体碰撞频率和太赫兹波入射角等条件得到了太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性曲线。仿真结果表明:把太赫兹波段作为临近空间平台通信,有利于解决"黑障"问题,其中在大气窗口0.22THz处的衰减均在30dB以下。此论证结果可为临近空间平台设计的高超声速飞行器选用通信频段时提供参考。     

纵向磁场中的焊接电弧行为

以试验为基础，文章介绍了不同外加磁场条件下流强度、气动力等的分布状况及其变化规律，着重研究了产生上述变化的原因，分析了焊接电弧的运动机制，即在纵向磁场中，由于焊接电弧中带电粒子的飘移旋转运动，驱使电弧等离子流高速旋转，并使其变成为钟罩形电弧，其旋转方向和回转半径径取决于外加纵向磁场的方向和磁感应强度。     

霍尔效应对磁场作用下电化学分形沉积物形貌的影响

运用霍尔效应的原理,分析了在磁场中电化学分形沉积物形貌与无外加磁场时电化学沉积物正常生长分形明显不同的原因,解释了分形沉积物形貌变化与外加磁场的方向、强度之间的关系,半定量分析了霍尔效应对电化学分形沉积的影响程度.研究结果表明:当无外加磁场时,在分形沉积物分枝上只存在平行于分枝的正向电压;当存在外加磁场时,因为霍尔效应,在分形沉积物分枝上,除了存在平行于分枝的正向电压外还存在垂直于分枝的切向电压,使后继的形核和生长在分枝的低电位侧占优势,这是造成沉积物形貌改变的重要原因.     

磁场中弱电离气体二维平板超音速边界层扰动演化研究

数值模拟了6种不同外加磁场下M∞=4．5、弱电离的二维平板边界层的基本流场及边界层中第二模态不稳定波的非线性演化。发现：外加磁场使边界层附近同—γ处的流向速度减小从而使边界层的厚度增加；很大程度地改变法向速度；壁面摩擦系数减小；很大程度地抑制第二模态不稳定波的增长。这些影响主要决定于外加磁场的强度，而对外加磁场的产生方式不很敏感。外加磁场的存在还使得压力产生波动，在边界层内，压力波峰的位置与流向磁场力绝对值极大的位置基本一致；在边界层外，压力波峰的位置滞后于流向磁场力绝对值极大的位置，并且离边界层越远，这种滞后就越明显。     

中继法解决临近空间Ka波段通信黑障问题

为解决航天器在临近空间的通信黑障问题,根据ARD等实测数据,分别建立再入航天器迎风面、背风面均匀等离子鞘套模型,分析再入航天器迎风面、背风面的等离子鞘套厚度、电子密度、等离子体碰撞频率等参数对Ka波段的传输透射率、反射率和衰减值的影响。分析结果表明:Ka波段工作信号在航天器背风面传输显著优越于在航天器迎风面传输,在航天器再入过程中,提高信号通信频段以及Ka波段工作信号从背风面传输的透射率相比从迎风面传输的透射率至少提高88%,衰减值至少降低19dB,为研究再入航天器通信问题提供了理论参考。     

等离子鞘套随机特性对电波传播影响分析

高超声速飞行器等离子鞘套由于湍流、姿态调整、非均匀烧蚀等因素的影响,其等离子参数具有一定的随机特性。随机媒质的时域有限差分法(Stochastic Finite Difference Time Domain,SFDTD)可用于快速分析随机媒质中电波传播的统计特性。本文将普通媒质的S-FDTD方法扩展到等离子色散媒质,并采用该方法分析了典型鞘套电子密度分布下,电子密度随机特性对电波传播的影响。结果表明:电子密度的随机变化会引起透射电磁波的幅度与相位的抖动,抖动幅度与电子密度变化幅度具有线性相关性;等离子碰撞频率越高,相同强度的电子密度变化引起的透射系数幅度与相位变化越小;提高入射波频率,有助于有减少透射电磁波幅度与相位抖动。     

高温超导体中磁通粘性流动对动态应力强度因子的影响

建立一个简易的高温超导材料模型,将含有中心裂纹的超导圆柱置于下降的外磁场中.采用平面应变理论等方法,计算出超导圆柱中的洛伦兹力随时间的变化关系,采用ABAQUES有限元分析的方法,求解出随时间变化的动态应力强度因子.通过改变磁通粘滞流动速度、裂纹的长度和外加最大磁场,得到动态应力强度因子在不同条件下的变化过程.结果表明...     

基于临近空间探测的TBM红外辐射特性研究

为了解决中段反导作战对TBM的远距离探测识别问题,提出了基于临近空间平台协同雷达对目标进行远距离探测的作战思想.对临近空间大气的特点以及临近空间大气对红外辐射传输的衰减作用进行了定性分析,在综合考虑临近空间平台部署高度,地球曲率以及大气红外辐射传输特性的基础上,构建了临近空间大气透过率计算模型,在此基础上,建立了基于临近空间探测的TBM红外辐射特性模型,最后,利用MATLAB对所建立的大气透过率模型及红外辐射特性模型进行了计算仿真.仿真结果验证了临近空间大气透过率计算模型的有效性,同时表明:基于特定高度的临近空间平台对TBM具有很强的远程红外探测能力.     

大气激光通信链路功率分析研究

在现代激光通信传输中,大气对光传输过程中的衰减和起伏影响,已严重影响了激光通信的发展。为提高通信距离、速率和通信质量,抑制大气对激光通信的不利影响是十分重要的。本文针对野战激光通信环境,对激光在大气中的传输模型进行通信链路功率计算,对大气对光功率的衰减和损耗进行了分析,为实际大气激光通信的应用提供一定的理论依据。     

紫外通信的大气传输特性模拟研究

利用大气传输模型LOWTRAN对紫外波段的大气传输特性进行了模拟研究，定量考虑了紫外通信系统工作波段的确定，分析了能见度、地理位置、气候季节、传输距离、传播方向、海拔高度和天气情况等对大气紫外透射比的影响。结果指出，紫外通信系统的工作波长应选在日盲区中心点250nm附近，季节、地域和风雨天气对日盲区紫外透射比的影响甚微．水平方向上大气紫外透射比的指数衰减规律决定了系统工作的局域性和保密性．在海拔1km内大气紫外透射比几乎不随高度变化．     

等离子体对微带电磁波传输的影响

研究了微带线间隙填充均匀等离子体层对电磁波传输的影响. 得到了在大小两种间隙下等离子体频率(密度)、电子碰撞频率、等离子体厚度和宽度等参数与电磁波传输效率的关系. 仿真结果表明,对给定微带间隙,较高频率电磁波将无损或低损通过间隙,而较低频率电磁波被截止. 填充一定密度等离子体后,被截止的低频电磁波可以通过间隙,其传输效率随等离子体密度(频率)增大而增大,随碰撞频率增大而减小,而且间隙等离子体应具有适当的宽度和厚度. 等离子体在高频段产生一个衰减峰,其位置与等离子体频率成正比,但与碰撞频率无关. 利用等离子体可以控制微带线上电磁波的传输.     

激光在大气中传输特性的仿真研究

大气对激光传输产生光强闪烁、光束漂移及光斑扩展等影响,严重限制了激光通信、激光测距等系统的工作性能。因此全面开展大气信道中激光传输特性研究是十分重要和必要的。主要研究建立了大气吸收、大气散射衰减效应理论模型及光强起伏、光束漂移和光斑扩展等大气湍流效应影响模型。在分析各模型的基础上,重点进行大气吸收、散射理论模型的仿真和大气湍流对激光传输特性影响模型的仿真。仿真结果表明:大气的吸收和散射将对功率产生衰减;大气抖动引起的激光散斑效应、光束偏折和扩展效应将影响跟踪精度和视轴对准精度;大气湍流引起的光功率波动效应将影响通信的速率和误码率。     

CO_2激光大气传输特性及估算方法研究

为了从更全面的角度计算CO2激光的大气透过率,分别从分子吸收、散射和气溶胶衰减的问题入手,并对气溶胶衰减中霾、雾、雨、雪等气象条件进行扩展论述;介绍了激光大气传输的经验估算方法;给出CO2激光在大气传输中受温度、距离、高度影响的变化曲线;进而得到较为系统的CO2大气传输特性及衰减系数估算方法。     

不对称电极上尘埃等离子体颗粒分布

针对不对称电极射频(radio frequency, RF)辉光放电,通过构建二维尘埃等离子体鞘层模型,研究了不对称电极附近鞘层电势和电子密度等参量分布,并对鞘层中的颗粒进行受力分析,研究了尘埃颗粒在鞘层中的分布特征.结果表明：不对称电极鞘层附近电势具有棘轮势特点,颗粒受鞘层电场约束悬浮在鞘层内,其所在平衡位置处的电势呈现不对称周期性变化.通过对比不同大小的颗粒,发现小颗粒悬浮在鞘层较高位置成链状分布,大颗粒的平衡高度靠近极板,被“钉”到不对称电极产生的势阱中.     

煤矿井下无线通信传输信号最佳频率选择

研究了频率对井下电磁波传输特性的影响,采用金属波导法分析了圆形、拱形及弯曲隧道中电磁波的传输特性并给出衰减率近似公式,得出主要结论：在圆形和拱形隧道中,频率越高,衰减率越小,越有利于电磁波的传播：在弯曲隧道中,频率越高,衰减率越大,不利于电磁波的传播;通过特性曲线与井下实验数据相比较得出在900MHz左右为井下无线通信系统传输信号最佳频段。