[发明专利]基于等离子鞘套信道的Chirp非等差错调制方法、飞行器

说明书

本发明属于通信技术领域，公开了一种基于等离子鞘套信道的Chirp非等差错调制方法、飞行器，在系统的信号发射端，产生三个不同的序列m(t)，n(t)和c(t)，分别用来调制Chirp信号的调斜率，载频和相位；Chirp信号复合调制；Chirp信号通过等离子鞘套信道；在信号经过等离子鞘套信道后，在接收端对接收到的信号分别做正负调斜率所对应的最佳阶次的分数阶Fourier变换，并分别在不同载频所对应的最佳聚焦位置上对数据进行采样；根据采样的信息进行解调，得到发送的消息序列。本发明保证在飞船经过“黑障”区域时，优先将重要信息传出。同时较现有的FSK传输方案降低了解调复杂度，同时降低了误码率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于等离子鞘套信道的Chirp非等差错调制方法、飞行器。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：当高超音速飞行器从外太空进入大气层时，由于飞行器的高速运动，会与空气造成剧烈的摩擦，该摩擦使得飞行器的一部分动能转化为热能，造成周围空气的温度剧烈升高，从而使得周围空气分子电离为大量的离子，电子等带电粒子。除此之外，飞行器的表面因为被高温气体包裹，也会被烧灼，从而产生复杂的化学反应，导致产生大量的化学离子。以上两点导致了飞行器表面等离子鞘套的产生。由于等离子鞘套中大量的离子、电子的存在，在其中传播的电磁波会受到强烈的干扰，致使电磁波被严重的衰减，以及发生反射、散射等现象。这将扰乱再入大气层的飞行器的导航定位，数据遥测以及地面站与飞行器的通信，当严重时，可使得飞行器发出的所有信号全部中断，也就是所谓的“黑障”现象。“黑障”问题是各种类型的高超音速飞行器在临近空间飞行时所面临的首要问题，如果不能得到解决，那么高超音速飞行器的通信便无法实现，地面站便会失去对飞行器的控制与操作。由于飞行器的种类不同，“黑障”现象持续的时间也会不同。比如洲际导弹从大气层外在进入大气层后，“黑障”现象将持续4-10分钟，我国的神舟5号飞船再进入大气层后，“黑障”现象继续大约4分钟，美国的航天飞机在再入大气层时，大约有16分钟的“黑障”现象。早期的航天器是一次性的，不可重复使用。这些飞行器在进入大气层后，由于缺乏控制，具有很大的速度，导致产生的等离子鞘套电子、离子密度很大，很难跟踪到它的位置。随着科学技术的进步，可重复使用的航天飞机进入了历史的舞台，导致地面站对航天飞机的实时控制和通信成为了必需条件。使得解决“黑障”问题成为了目前航天领域的焦点问题。针对等离子鞘套对信号特性影响的研究，国内外主要关注在幅度衰减方面。在等离子鞘套动态性及其对信号的影响方面，早在上世纪70年代，国外在RAM-C遥测载飞数据中就己经发现了幅度和相位的抖动变化，幅度抖动可达25dB，相位抖动偏移严重时可达200度。1999年，MIT林肯实验室的Ohler和密歇根大学的Gallimore研究了动态等离子体引起信号发生幅度和相位调制的物理机理，采用宇宙空间飞行器的等离子体推进器(SPT)产生的等离子尾焰产生动态等离子体，引起了通信信号频谱发生弥散，指出等离子体变化频率为17kHz的等离子尾焰使载波的功率谱上产生了额外的频率分量，其寄生频率点偏离了载波频点17kHz。这种寄生调制将严重干扰信号的捕获跟踪以及同步等环节。现有技术一针对再入过程中湍流的高速流场，研究了等离子鞘套的湍流对载波频率为10GHz和44GHz的电磁波的幅度、相位的影响，认识到当等离子鞘套边界层发生湍流时，等离子体的各项参数均是随时间变化的，指出电磁波在动态等离子体中传播，其幅度和相位均会发生随机抖动，严重干扰通信信号，造成通信中断。现有技术二详细分析了等离子鞘套信道对MPSK和2FSK信号以及Multi-h CPM信号的影响机理，并得出结论：MPSK信号在受到动态性影响较为严重，即使当载波频率大于等离子频率时，动态等离子引起的寄生调制效应也会使传输信号的星座图发生旋转，造成其判决容差变小，通信可靠性下降，并且载波频率越接近等离子频率时，其寄生调制效应越强烈。提高载波频率有助于减弱调制效应，减少星座点的交叠，误码率降低，但无法彻底消除寄生调制效应。动态等离子引起的调制效应会导致2FSK信号频谱扩展，但是只要保证设定频差仍大于频谱扩展量，即频差足够大(设定大约等离子动态变化最大频率)，2FSK就具有很好的抗干扰效果，受等离子体调制效应的影响很小，基本无误码，但其相关解调过程具有很高的复杂度，且FSK系统的传输速率很低。连续相位调制对动态等离子鞘套引起的幅相寄生调制非常敏感，难以在存在动态等离子体的情况下正常工作。从无线通信角度而言，所选择的通信体制与信道特性的不匹配是等离子鞘套引起通信中断的主要因素之一。目前关于等离子鞘套信道下的通信技术的研究还很不成熟，处于起步阶段。