[發明專利]基于等離子鞘套信道的Chirp非等差錯調制方法、飛行器

有效

• 申請號: 201810233490.8
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108599895B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 李英亮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L27/10;H04B1/69;H04L29/08
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于通信技術領域，公開了一種基于等離子鞘套信道的Chirp非等差錯調制方法、飛行器，在系統的信號發射端，產生三個不同的序列m(t)，n(t)和c(t)，分別用來調制Chirp信號的調斜率，載頻和相位；Chirp信號復合調制；Chirp信號通過等離子鞘套信道；在信號經過等離子鞘套信道后，在接收端對接收到的信號分別做正負調斜率所對應的最佳階次的分數階Fourier變換，并分別在不同載頻所對應的最佳聚焦位置上對數據進行采樣；根據采樣的信息進行解調，得到發送的消息序列。本發明保證在飛船經過“黑障”區域時，優先將重要信息傳出。同時較現有的FSK傳輸方案降低了解調復雜度，同時降低了誤碼率。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種基于等離子鞘套信道的Chirp非等差錯調制方法、飛行器。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：當高超音速飛行器從外太空進入大氣層時，由于飛行器的高速運動，會與空氣造成劇烈的摩擦，該摩擦使得飛行器的一部分動能轉化為熱能，造成周圍空氣的溫度劇烈升高，從而使得周圍空氣分子電離為大量的離子，電子等帶電粒子。除此之外，飛行器的表面因為被高溫氣體包裹，也會被燒灼，從而產生復雜的化學反應，導致產生大量的化學離子。以上兩點導致了飛行器表面等離子鞘套的產生。由于等離子鞘套中大量的離子、電子的存在，在其中傳播的電磁波會受到強烈的干擾，致使電磁波被嚴重的衰減，以及發生反射、散射等現象。這將擾亂再入大氣層的飛行器的導航定位，數據遙測以及地面站與飛行器的通信，當嚴重時，可使得飛行器發出的所有信號全部中斷，也就是所謂的“黑障”現象。“黑障”問題是各種類型的高超音速飛行器在臨近空間飛行時所面臨的首要問題，如果不能得到解決，那么高超音速飛行器的通信便無法實現，地面站便會失去對飛行器的控制與操作。由于飛行器的種類不同，“黑障”現象持續的時間也會不同。比如洲際導彈從大氣層外在進入大氣層后，“黑障”現象將持續4-10分鐘，我國的神舟5號飛船再進入大氣層后，“黑障”現象繼續大約4分鐘，美國的航天飛機在再入大氣層時，大約有16分鐘的“黑障”現象。早期的航天器是一次性的，不可重復使用。這些飛行器在進入大氣層后，由于缺乏控制，具有很大的速度，導致產生的等離子鞘套電子、離子密度很大，很難跟蹤到它的位置。隨著科學技術的進步，可重復使用的航天飛機進入了歷史的舞臺，導致地面站對航天飛機的實時控制和通信成為了必需條件。使得解決“黑障”問題成為了目前航天領域的焦點問題。針對等離子鞘套對信號特性影響的研究，國內外主要關注在幅度衰減方面。在等離子鞘套動態性及其對信號的影響方面，早在上世紀70年代，國外在RAM-C遙測載飛數據中就己經發現了幅度和相位的抖動變化，幅度抖動可達25dB，相位抖動偏移嚴重時可達200度。1999年，MIT林肯實驗室的Ohler和密歇根大學的Gallimore研究了動態等離子體引起信號發生幅度和相位調制的物理機理，采用宇宙空間飛行器的等離子體推進器(SPT)產生的等離子尾焰產生動態等離子體，引起了通信信號頻譜發生彌散，指出等離子體變化頻率為17kHz的等離子尾焰使載波的功率譜上產生了額外的頻率分量，其寄生頻率點偏離了載波頻點17kHz。這種寄生調制將嚴重干擾信號的捕獲跟蹤以及同步等環節。現有技術一針對再入過程中湍流的高速流場，研究了等離子鞘套的湍流對載波頻率為10GHz和44GHz的電磁波的幅度、相位的影響，認識到當等離子鞘套邊界層發生湍流時，等離子體的各項參數均是隨時間變化的，指出電磁波在動態等離子體中傳播，其幅度和相位均會發生隨機抖動，嚴重干擾通信信號，造成通信中斷。現有技術二詳細分析了等離子鞘套信道對MPSK和2FSK信號以及Multi-h CPM信號的影響機理，并得出結論：MPSK信號在受到動態性影響較為嚴重，即使當載波頻率大于等離子頻率時，動態等離子引起的寄生調制效應也會使傳輸信號的星座圖發生旋轉，造成其判決容差變小，通信可靠性下降，并且載波頻率越接近等離子頻率時，其寄生調制效應越強烈。提高載波頻率有助于減弱調制效應，減少星座點的交疊，誤碼率降低，但無法徹底消除寄生調制效應。動態等離子引起的調制效應會導致2FSK信號頻譜擴展，但是只要保證設定頻差仍大于頻譜擴展量，即頻差足夠大(設定大約等離子動態變化最大頻率)，2FSK就具有很好的抗干擾效果，受等離子體調制效應的影響很小，基本無誤碼，但其相關解調過程具有很高的復雜度，且FSK系統的傳輸速率很低。連續相位調制對動態等離子鞘套引起的幅相寄生調制非常敏感，難以在存在動態等離子體的情況下正常工作。從無線通信角度而言，所選擇的通信體制與信道特性的不匹配是等離子鞘套引起通信中斷的主要因素之一。目前關于等離子鞘套信道下的通信技術的研究還很不成熟，處于起步階段。