[發(fā)明專利]一種基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710052765.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN106934095B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂躍廣;石磊;姚博;李小平;劉彥明;朱從瑩;楊敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明公開了一種基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法，包括；將等離子鞘套分為多層，每層可近似認(rèn)為是均勻的，對(duì)每一層的時(shí)變電子密度分別進(jìn)行建模，最后合成為空?時(shí)電子密度矩陣。本發(fā)明利用經(jīng)典理論建立電子密度變化的動(dòng)態(tài)隨機(jī)過(guò)程，克服了無(wú)法從飛行實(shí)驗(yàn)中獲取數(shù)據(jù)的困難；將等離子體等效為分層結(jié)構(gòu)，對(duì)每一層的電子密度分別建模，避免了直接對(duì)空?時(shí)二維電子密度建模的高難度和高復(fù)雜度；對(duì)于不同條件的動(dòng)態(tài)等離子體，可以用統(tǒng)一的建模方法對(duì)其空?時(shí)電子密度進(jìn)行建模；為動(dòng)態(tài)等離體中電磁波傳播和其對(duì)不同體制信號(hào)影響等研究提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線電波傳播技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器在飛行過(guò)程中表面會(huì)包覆一層等離子體，稱為等離子鞘套。鞘套中以自由電子為主的帶電粒子將會(huì)吸收、反射和散射電磁波，使得電磁信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重衰減；同時(shí)電子密度是快速變化的，這又導(dǎo)致等離子體介電常數(shù)隨時(shí)間快速變化，使得電磁信號(hào)幅度劇烈波動(dòng)。對(duì)等離子鞘套電子密度進(jìn)行建模是研究等離子體中電磁波傳播的基礎(chǔ)，對(duì)高超聲速飛行器的測(cè)控通信體制設(shè)計(jì)至關(guān)重要。傳統(tǒng)對(duì)等離子體中電磁波傳播的研究大多是計(jì)算透射系數(shù)的均值，故等離子體模型大多為穩(wěn)態(tài)，即電子密度不隨時(shí)間變化。認(rèn)識(shí)到動(dòng)態(tài)等離子體對(duì)電磁波的影響對(duì)通信問(wèn)題的重要性，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究對(duì)等離子鞘套模型加入了時(shí)間項(xiàng)，但是對(duì)電子密度規(guī)律認(rèn)識(shí)不足，同時(shí)其模型過(guò)于簡(jiǎn)單，空間各處電子密度變化程度和形式被認(rèn)為一致的。實(shí)際上，不同位置的電子密度變化相關(guān)性較小，當(dāng)將等離子鞘套等效為分層模型時(shí)，相鄰兩層之間的電子密度變化可近似認(rèn)為獨(dú)立的，且電子密度變化規(guī)律為：概率密度函數(shù)為高斯函數(shù)；功率譜為雙高斯曲線；各層變化的標(biāo)準(zhǔn)差分布為雙高斯曲線。針對(duì)電子密度復(fù)雜的空-時(shí)變化，對(duì)其進(jìn)行建模以作為電磁計(jì)算的輸入成為該領(lǐng)域的難點(diǎn)。

綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨在解決的技術(shù)問(wèn)題是:動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度空時(shí)變化建模。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法，旨在解決動(dòng)態(tài)等離子體鞘套空時(shí)電子密度變化難以描述的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法，所述基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法包括以下步驟：

步驟一，將等離子鞘套分為多層，每層可近似認(rèn)為是均勻的；

步驟二，對(duì)每一層的時(shí)變電子密度分別進(jìn)行建模；

步驟三，合成為空-時(shí)電子密度矩陣。

進(jìn)一步，所述基于分層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)等離子鞘套電子密度建模方法包括以下步驟：

第一步，生成M×N大小且空間分布服從非對(duì)稱高斯分布的電子密度均值矩陣

其中M為空間劃分的層數(shù)，N為時(shí)間序列點(diǎn)數(shù)，z_m為第m個(gè)空間位置，t_n為第n個(gè)時(shí)刻；；

Ne_peak為電子密度均值剖面峰值、z_peak為峰值對(duì)應(yīng)位置、z_M為鞘套厚度、t_N為時(shí)間長(zhǎng)度、a₁和a₂為非對(duì)稱高斯函數(shù)的形狀參數(shù)建立電子密度均值矩陣：

不同時(shí)刻的電子密度分布相同；

第二步，生成層數(shù)為M且服從非對(duì)稱高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)差序列[σ(z_m)]＝[σ(z₁),σ(z₂),…,σ(z_M)],1≤m≤M：

建立標(biāo)準(zhǔn)差序列，σ(z_m)為z_m位置處的抖動(dòng)方差：