[發(fā)明專利]時變等離子體電子密度抖動頻率的測量方法

有效

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• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112153796B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝曜聰;沈方芳;白博文;李小平;陳旭陽;劉彥明
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發(fā)明公開了一種時變等離子體電子密度抖動頻率的測量方法，解決了現(xiàn)有測量方法無法單次測量獲得電子密度抖動頻率的問題。實現(xiàn)包括：發(fā)射線性調(diào)頻信號得到時變等離子體的反射信號；計算回波的一維距離像，確認(rèn)峰值擴展現(xiàn)象；通過抖動頻率計算公式，計算出時變等離子體電子密度抖動頻率。本發(fā)明還是一種時變等離子體電子密度抖動頻率測量方法的用途，可用于計算等離子體電子密度抖動頻率在時間及空間上的分布，以及再入航天器通信系統(tǒng)中的等離子體干擾補償參數(shù)。本發(fā)明通過測量一維距離像中峰值擴展距離反算出電子密度抖動頻率，得到了一種簡便有效的抖動頻率測量方法，為地面等離子體實驗中的等離子體電子密度動態(tài)參數(shù)提供測量手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體參數(shù)測量領(lǐng)域，主要涉及等離子體動態(tài)參數(shù)測量，具體是一種時變等離子體電子密度抖動頻率的測量方法，可用于對時變等離子體動態(tài)特性的測量。

背景技術(shù)

再入式航天器返回階段，速度可達(dá)數(shù)十馬赫，航天器表面與大氣會產(chǎn)生強烈的作用，在航天器頭部形成激波，氣體溫度和壓強急劇增加，使大氣電離，航天器表面會產(chǎn)生一層等離子體，等離子體會對航天器收發(fā)信號產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，影響地面與航天器之間的通信。在航天器返回過程中，大氣湍流會引起航天器表面的流場發(fā)生抖動，從而引起流場中的等離子體電子密度也發(fā)生抖動，這種電子密度的抖動頻率直接影響到地面信號與航天器之間的通信傳輸性能，因此時變等離子體電子密度抖動頻率的測量，對研究等離子體引起的航天器通信干擾問題，具有重要的意義。

等離子體通信干擾問題的研究通常在等離子體地面實驗裝置中進(jìn)行，實驗中需要對等離子體電子密度參數(shù)進(jìn)行實時測量。目前采用的測量方法包括探針法、激光法和微波法等。探針法是利用導(dǎo)電針尖深入等離子體中，測量等離子體的伏安特性曲線，進(jìn)而推算出等離子體的電子密度；激光法是利用激光穿過等離子體時產(chǎn)生的光學(xué)折射率變化來推導(dǎo)等離子體的電子密度；微波法是利用電磁波穿過等離子體的透射信號與參考信號的傳播相位差來推算出等離子體的電子密度。這些測量方法每測量一次，都只能得到等離子體電子密度在某一時刻的一個靜態(tài)數(shù)值。要想獲取電子密度得抖動頻率，就必須經(jīng)過多次測量得到多個電子密度靜態(tài)數(shù)值，然后將這多個靜態(tài)數(shù)值進(jìn)行綜合分析，才能計算出電子密度的抖動頻率。采用目前的方法去測量電子密度抖動頻率，過程復(fù)雜，用時較長，無法通過單次測量獲得等離子體電子密度抖動頻率，測量效率無法滿足等離子體動態(tài)特性分析研究的需要。

本發(fā)明申請人在相關(guān)的范圍內(nèi)搜索和查新，沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明主題相關(guān)的即時變等離子電子密度抖動頻率測量方法的文獻(xiàn)和報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種單次測量獲取抖動頻率的時變等離子體電子密度抖動頻率的測量方法。

本發(fā)明是一種時變等離子體電子密度抖動頻率的測量方法，其特征在于，時變等離子體電子密度抖動頻率的測量方法包含有如下步驟：

S1獲得時變等離子體的線性調(diào)頻信號回波：將發(fā)射天線對準(zhǔn)等離子體上需要測量的部位，通過發(fā)射機產(chǎn)生一個線性調(diào)頻脈沖信號，發(fā)射到時變等離子體中，并通過接收天線和接收機獲取時變等離子體的反射信號，即時變等離子體的線性調(diào)頻回波信號；

S2計算回波信號一維距離像：對接收的時變等離子體線性調(diào)頻回波信號進(jìn)行脈沖壓縮處理，計算得到時變等離子體反射信號的一維距離像，一維距離像中包含有回波反射點與發(fā)射天線之間距離對應(yīng)的主峰和等離子體電子密度抖動引起的兩個擴展峰，兩個擴展峰在主峰兩邊對稱分布；

S3計算電子密度抖動頻率：測量一維距離像中主峰與其中一個擴展峰之間的距離，即峰值擴展距離，利用脈沖寬度、信號帶寬參數(shù)，通過抖動頻率計算公式得到時變等離子體反射信號處的電子密度抖動頻率，抖動頻率計算公式如下：

式中f_Ne為電子密度抖動頻率，Δd為峰值擴展距離，B為帶寬，T_p為脈沖寬度，通過單次回波測量，獲得等離子體測量部位的電子密度抖動頻率；