“黑障”测控传输体制研究

论文摘要

“黑障”是人类继克服了“音障”、“热障”之后在高速飞行研究中所面临的又一关键难题,同时也是人类在发展航天事业过程中遇到的障碍之一。航天器再入大气层过程中与其周围空气激烈摩擦而产生的等离子体对射频电磁波的幅相效应将造成通信中断“黑障”。自上世纪60年代初以来,为了减轻甚至消除再入等离子体鞘套所产生的“黑障”对通信的影响,人类一直在苦苦探寻着,希望通过理论研究以全面了解“黑障”区的电磁特性,以确保地面站与航天器之间的通信无阻。为此,国内外业内专家在理论研究、数值仿真、室内实验及飞行试验等方面开展了大量工作,并取得了一些进展。本论文通过对再入过程中航天飞行器在不同射频工作频段、处于不同再入高度时的“黑障”特性分析及“黑障”区不同调制解调系统信息传输误码率的计算和比较,从中对比出各调制体制的优劣,并分析了目前消除“黑障”效应措施的工程可行性,为载人航天飞行器的测控系统应用奠定理论和工程基础。本文首先对“黑障”区电磁特性及电磁波在“黑障”区的传播特性进行理论分析、公式推导和仿真计算,然后根据数字通信原理建立“黑障”区等离子体环境下信道仿真模型,据此模型获取2ASK、2FSK和2PSK三种调制体制分别在相干、非相干解调方式下误码率的计算流程图,继而推导出各自误码率的计算公式,并计算各波段射频电磁波在不同高度时各种调制解调系统的误码率,由此对比各种调制体制的优劣。最后分析总结现行各种减轻“黑障”的方法和措施以比较各自的工程可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 "黑障"概述及"黑障"区信息传输模型
• 2.1 等离子体理论基础
• 2.1.1 等离子体含义
• 2.1.2 等离子体常见的分类
• 2.1.3 等离子体电特性参数
• 2.1.4 等离子体研究方法
• 2.2 航天器的返回过程
• 2.3 "黑障"产生机理
• 2.4 "黑障"区信息传输模型的建立
• 3 "黑障"区电磁特性及电磁波传播特性
• 3.1 电磁波在一般导电媒质中的传播特性
• 3.2 "黑障"对电磁波传播特性的公式推导及分析
• 3.2.1 分析模型的建立
• 3.2.2 "黑障"区电磁波传播常数的推导
• 3.2.3 "黑障"区电磁传播特性的计算及分析
• 4 "黑障"区信息传输特性
• 4.1 "黑障"区信息传输体制
• 4.2 2ASK调制体制下"黑障"效应分析
• 4.2.1 2ASK信号产生原理
• 4.2.2 2ASK信号相干解调系统抗噪声性能分析
• 4.2.3 2ASK信号非相干解调系统抗噪声性能分析
• 4.3 2FSK调制体制下"黑障"效应分析
• 4.3.1 2FSK信号产生原理
• 4.3.2 2FSK信号相干解调系统抗噪声性能分析
• 4.3.3 2FSK信号非相干解调系统抗噪声性能分析
• 4.4 2PSK调制体制下"黑障"效应分析
• 4.4.1 2PSK信号产生原理
• 4.4.2 2PSK信号相干解调系统抗噪声性能分析
• 4.5 "黑障"区不同调制解调系统误码率的计算与分析
• 4.5.1 各种调制体制相干解调时误码率的计算与分析
• 4.5.2 各种调制体制非相干解调时误码率的计算与分析
• 4.5.3 总结
• 4.6 结论
• 5 减轻"黑障"措施分析
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献