[发明专利]时变等离子体电子密度抖动频率的测量方法

说明书

本发明公开了一种时变等离子体电子密度抖动频率的测量方法，解决了现有测量方法无法单次测量获得电子密度抖动频率的问题。实现包括：发射线性调频信号得到时变等离子体的反射信号；计算回波的一维距离像，确认峰值扩展现象；通过抖动频率计算公式，计算出时变等离子体电子密度抖动频率。本发明还是一种时变等离子体电子密度抖动频率测量方法的用途，可用于计算等离子体电子密度抖动频率在时间及空间上的分布，以及再入航天器通信系统中的等离子体干扰补偿参数。本发明通过测量一维距离像中峰值扩展距离反算出电子密度抖动频率，得到了一种简便有效的抖动频率测量方法，为地面等离子体实验中的等离子体电子密度动态参数提供测量手段。

技术领域

本发明属于等离子体参数测量领域，主要涉及等离子体动态参数测量，具体是一种时变等离子体电子密度抖动频率的测量方法，可用于对时变等离子体动态特性的测量。

背景技术

再入式航天器返回阶段，速度可达数十马赫，航天器表面与大气会产生强烈的作用，在航天器头部形成激波，气体温度和压强急剧增加，使大气电离，航天器表面会产生一层等离子体，等离子体会对航天器收发信号产生严重干扰，影响地面与航天器之间的通信。在航天器返回过程中，大气湍流会引起航天器表面的流场发生抖动，从而引起流场中的等离子体电子密度也发生抖动，这种电子密度的抖动频率直接影响到地面信号与航天器之间的通信传输性能，因此时变等离子体电子密度抖动频率的测量，对研究等离子体引起的航天器通信干扰问题，具有重要的意义。

等离子体通信干扰问题的研究通常在等离子体地面实验装置中进行，实验中需要对等离子体电子密度参数进行实时测量。目前采用的测量方法包括探针法、激光法和微波法等。探针法是利用导电针尖深入等离子体中，测量等离子体的伏安特性曲线，进而推算出等离子体的电子密度；激光法是利用激光穿过等离子体时产生的光学折射率变化来推导等离子体的电子密度；微波法是利用电磁波穿过等离子体的透射信号与参考信号的传播相位差来推算出等离子体的电子密度。这些测量方法每测量一次，都只能得到等离子体电子密度在某一时刻的一个静态数值。要想获取电子密度得抖动频率，就必须经过多次测量得到多个电子密度静态数值，然后将这多个静态数值进行综合分析，才能计算出电子密度的抖动频率。采用目前的方法去测量电子密度抖动频率，过程复杂，用时较长，无法通过单次测量获得等离子体电子密度抖动频率，测量效率无法满足等离子体动态特性分析研究的需要。

本发明申请人在相关的范围内搜索和查新，没有发现与本发明主题相关的即时变等离子电子密度抖动频率测量方法的文献和报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种单次测量获取抖动频率的时变等离子体电子密度抖动频率的测量方法。

本发明是一种时变等离子体电子密度抖动频率的测量方法，其特征在于，时变等离子体电子密度抖动频率的测量方法包含有如下步骤：

S1获得时变等离子体的线性调频信号回波：将发射天线对准等离子体上需要测量的部位，通过发射机产生一个线性调频脉冲信号，发射到时变等离子体中，并通过接收天线和接收机获取时变等离子体的反射信号，即时变等离子体的线性调频回波信号；

S2计算回波信号一维距离像：对接收的时变等离子体线性调频回波信号进行脉冲压缩处理，计算得到时变等离子体反射信号的一维距离像，一维距离像中包含有回波反射点与发射天线之间距离对应的主峰和等离子体电子密度抖动引起的两个扩展峰，两个扩展峰在主峰两边对称分布；

S3计算电子密度抖动频率：测量一维距离像中主峰与其中一个扩展峰之间的距离，即峰值扩展距离，利用脉冲宽度、信号带宽参数，通过抖动频率计算公式得到时变等离子体反射信号处的电子密度抖动频率，抖动频率计算公式如下：

式中f_Ne为电子密度抖动频率，Δd为峰值扩展距离，B为带宽，T_p为脉冲宽度，通过单次回波测量，获得等离子体测量部位的电子密度抖动频率；