專利名稱：一種測(cè)試等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，尤其涉及一種測(cè)試確定特性參數(shù)任意分布等離子體區(qū)域?qū)臻g傳輸通信信號(hào)特征影響的方法，屬于通信信號(hào)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響的機(jī)理研究結(jié)果表明，一定特性參數(shù)及其空間分布、一定空間尺度的等離子體區(qū)域能夠?qū)υ谄渲袀鬏數(shù)牟煌{(diào)制形式、不同載波頻率的通信信號(hào)特征產(chǎn)生不同形式的改變，包括等離子體對(duì)空間傳輸信號(hào)的全屏蔽、對(duì)經(jīng)等離子體區(qū)域透射信號(hào)頻域和時(shí)域特征的改變，由于等離子體區(qū)域?qū)臻g傳輸通信信號(hào)特征的改變會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)工作的異常。為了能夠通過(guò)地面原理驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響原理可行性，必須開(kāi)展等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響的地面試驗(yàn)研究。西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院朱冰等開(kāi)展了“真空環(huán)境中等離子體噴流對(duì)反射電磁波衰減的實(shí)驗(yàn)研究工作”，發(fā)表于《物理學(xué)報(bào)》，主要研究了真空環(huán)境中微波源生成的等離子體噴流對(duì)反射電磁波衰減的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用傳輸線測(cè)量方法能夠有效地獲得等離子體對(duì)反射電磁波的衰減；在5GHz附近，以氬氣為工質(zhì)，流量為52. 5mg/s時(shí)，52W微波功率在真空環(huán)境中產(chǎn)生的等離子體噴流能對(duì)反射電磁波產(chǎn)生最大的衰減；增加微波功率、降低真空環(huán)境壓強(qiáng)可以提高等離子體對(duì)反射電磁波的衰減，要使等離子體能夠?qū)Ψ瓷潆姶挪óa(chǎn)生最大的衰減，必須選取合適的發(fā)生器參數(shù)。西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院楊涓等開(kāi)展了“外加磁場(chǎng)微波等離子體噴流對(duì)平面電磁波衰減的實(shí)驗(yàn)研究”，發(fā)表于《物理學(xué)報(bào)》，主要采用了空間透射波測(cè)量方法研究透波密閉石英玻璃容器內(nèi)等離子體噴流對(duì)垂直和水平極化電磁波的衰減，在有和無(wú)外加磁場(chǎng)條件下分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)等離子吸波效應(yīng)的影響，分析等離子體的吸波機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在非磁和本實(shí)驗(yàn)條件下，平面電磁波在等離子體中的衰減機(jī)理為碰撞吸收；在有磁和本實(shí)驗(yàn)條件下，平面電磁波在磁等離子體中的衰減機(jī)理同樣為碰撞吸收，但是外加磁場(chǎng)的存在有限地改善了等離子體的吸波效應(yīng).為了使磁等離子體最有效地吸收電磁波，應(yīng)該提高磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度，把高頻混雜頻率提高到測(cè)試微波頻率范圍內(nèi)，或降低微波測(cè)試頻率至本實(shí)驗(yàn)中的高混雜頻率附近。南京理工大學(xué)何湘等開(kāi)展了 “等離子體用于腔體的雷達(dá)散射截面減縮的實(shí)驗(yàn)研究”，發(fā)表于《強(qiáng)激光與粒子束》，利用熒光燈等離子體管覆蓋金屬腔體內(nèi)壁，測(cè)量了筒狀等離子體覆蓋的金屬腔體對(duì)電磁波的回波衰減。測(cè)試結(jié)果表明金屬圓筒內(nèi)壁的等離子體能夠有效吸收O. 80 I. 75GHz波段的入射波，入射電磁波的回波衰減值為5 25dB ;當(dāng)入射電磁波頻率接近I. 75GHz時(shí)，回波衰減最為強(qiáng)烈，在入射角度為10°時(shí)，吸收峰值可達(dá)26. 71dB,因此選擇合適的電磁波入射角度，能夠使等離子體對(duì)微波的吸收達(dá)到峰值。理論分析了影響等離子體對(duì)電磁波衰減的主要因素。結(jié)果表明等離子體可有效縮減腔體結(jié)構(gòu)、的雷達(dá)散射截面面積，因此在進(jìn)氣道等腔體結(jié)構(gòu)的隱身方面具有一定的應(yīng)用前景。國(guó)防科技大學(xué)戴晴等開(kāi)展了“低溫等離子體激勵(lì)寬帶電磁波信號(hào)的實(shí)驗(yàn)研究”，發(fā)表于《電子信息對(duì)抗技術(shù)》，介紹了用不同于常規(guī)炸藥的工質(zhì)爆炸可以產(chǎn)生具有很寬頻譜的電磁輻射。用四個(gè)寬帶天線對(duì)球形工質(zhì)產(chǎn)生電磁輻射從不同方向進(jìn)行了接收測(cè)量，并對(duì)信號(hào)作了頻譜分析。此外，對(duì)爆燃型工質(zhì)產(chǎn)生電磁輻射的機(jī)理進(jìn)行了理論探討。西北工業(yè)大學(xué)和中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心超高速所曾學(xué)軍等開(kāi)展了“大氣環(huán)境中噴流等離子體隱身試驗(yàn)研究與分析”，發(fā)表于《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》，介紹了噴流等離子體隱身技術(shù)的原理性試驗(yàn)及其數(shù)值計(jì)算。試驗(yàn)是在大氣環(huán)境中利用微型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為等離子體發(fā)生器，選擇不同的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和推進(jìn)劑控制發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的噴流等離子體。在小雙站角方式下，使用X波段連續(xù)波雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量了不同的噴流等離子體覆蓋金屬目標(biāo)表面時(shí)的微波散射功率。試驗(yàn)結(jié)果表明，等離子體層厚度為9cm、電子密度分布接近為高斯分布、電子與中性氣體的碰撞頻率為高斯分布、峰值電子密度為IO12CnT3量級(jí)、峰值碰撞頻率為2. 2X IO11Hz的噴流等離子體對(duì)X波段微波具有明顯的吸收作用，平均吸收達(dá)到90%。
南京航空航天大學(xué)楊歡和中國(guó)西南電子技術(shù)研究所徐茂格等分別從理論上開(kāi)展了“再入飛船通信環(huán)境建模研究”和“近空間高超音速飛行器射頻通信“黑障”研究等工作，分別發(fā)表于航天器環(huán)境工程，和電訊技術(shù)，作者以再入飛行器在大氣層內(nèi)空間產(chǎn)生等離子體鞘套造成通信中斷問(wèn)題的解決為基本出發(fā)點(diǎn)，開(kāi)展了等離子體鞘套對(duì)在其中傳播通信信號(hào)能量衰減的仿真模型和仿真分析技術(shù)研究，提煉了關(guān)鍵技術(shù)并給出解決方案與初步分析結(jié)果，可為相關(guān)試驗(yàn)提供參考與建議。上述文獻(xiàn)表明，已有研究工作主要是集中在等離子體對(duì)電磁波的反射、透射和能量吸收等方面的理論和實(shí)驗(yàn)，以及再入飛行等離子體鞘套對(duì)通信信號(hào)能量吸收造成“黑障”方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)試等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，該方法實(shí)現(xiàn)了多種工作模式生成、特征參數(shù)任意分布的等離子體區(qū)域?qū)νㄐ判盘?hào)特征改變的測(cè)試，為開(kāi)展不同環(huán)境壓力狀態(tài)下特征參數(shù)任意分布等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響地面驗(yàn)證試驗(yàn)提供了技術(shù)手段。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種測(cè)試等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，步驟如下(I)建立等離子體區(qū)域生成環(huán)境，建立的方法為在一個(gè)尺寸可調(diào)的密閉容器或設(shè)備內(nèi)采用氣體壓縮和加熱方式產(chǎn)生等離子體區(qū)域，或者利用固體或氣體工質(zhì)組元等離子體生成裝置通過(guò)直流放電產(chǎn)生等離子體區(qū)域，或者在密閉腔體內(nèi)對(duì)不同組元混合氣體射頻放電產(chǎn)生等離子體區(qū)域；(2)利用基帶信號(hào)源生成基帶編碼信號(hào)用來(lái)模擬空間通信信號(hào)的信源，基帶編碼信號(hào)一路傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)過(guò)編碼和調(diào)制后變成中頻調(diào)制信號(hào)，中頻調(diào)頻信號(hào)一路傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)過(guò)上變頻至射頻調(diào)制信號(hào)，射頻調(diào)制信號(hào)通過(guò)發(fā)射天線引入等離子體區(qū)域生成環(huán)境；(3)射頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)等離子體區(qū)域生成環(huán)境透射后，通過(guò)接收天線將射頻調(diào)制信號(hào)引出，透射后的射頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)下變頻形成透射后的中頻調(diào)制信號(hào)，透射后的中頻調(diào)制信號(hào)一路傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)過(guò)解碼解調(diào)形成透射后的基帶編碼信號(hào)，透射后的基帶編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)宿后傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)透射前的中頻調(diào)制信號(hào)和透射后的中頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)在時(shí)域特征、相頻特征、幅頻特征的對(duì)比結(jié)果，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)透射后的中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，得到等離子體區(qū)域干擾前后模擬通信信號(hào)的星座圖特征、眼圖特征的對(duì)比結(jié)果，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)透射前的基帶編碼信號(hào)和透射后的基帶編碼信號(hào)進(jìn)行碼元對(duì)比，得到等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)碼元傳輸?shù)南鄬?duì)誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果；(5)根據(jù)步驟(4)得到的等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)在時(shí)域特征、相頻特征、幅頻特征、星座圖特征、眼圖特征的對(duì)比結(jié)果和等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)碼元傳輸?shù)南鄬?duì)誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出等離子體對(duì)空間通信信號(hào)的特征影響。2、根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的 方法，其特征在于所述步驟(I)建立的等離子體區(qū)域環(huán)境為一定空間尺寸條件下電子密度和碰撞頻率為常量的均勻分布等尚子體區(qū)域,或等尚子體電子密度和碰撞頻率隨空間尺寸變化而變化的非均勻分布等離子體區(qū)域。所述步驟(I)中等離子體生成裝置采用的固體工質(zhì)組元為堿金屬或堿土金屬族組元。所述步驟(I)中等離子體生成裝置采用的氣體工質(zhì)組元為惰性氣體族組元。所述步驟⑴中不同組元混合氣體包括惰性氣體族、空氣和汞。所述步驟(2)生成的基帶編碼信號(hào)為圖像信號(hào)、音頻信號(hào)或隨機(jī)數(shù)字編碼信號(hào)。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率最大為IOOMHz。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是該方法設(shè)計(jì)了等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響的測(cè)試方案，針對(duì)等離子體區(qū)域持續(xù)從幾百微秒量級(jí)至上千秒級(jí)，信號(hào)載波頻率范圍從幾十兆赫茲量級(jí)至幾十吉赫茲量級(jí)，信號(hào)采樣速率最大為100MHz，給出了空間傳輸通信信號(hào)在等離子體區(qū)域(等離子體區(qū)域的電子密度、碰撞頻率、空間尺寸分別為常量或變量等條件)傳輸與在無(wú)等離子體區(qū)域傳輸對(duì)比的已調(diào)制信號(hào)時(shí)域特征、頻域(包括幅頻和相頻)特征、解調(diào)解碼后眼圖特征、星座圖特征的對(duì)比結(jié)果以及誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該測(cè)試方法可對(duì)多種工作模式產(chǎn)生的特征參數(shù)任意分布形式的等離子體對(duì)不同調(diào)制形式的通信信號(hào)特征改變變化規(guī)律進(jìn)行測(cè)試和效果分析，為開(kāi)展不同試驗(yàn)環(huán)境壓力狀態(tài)下特征參數(shù)任意分布等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響地面驗(yàn)證試驗(yàn)提供測(cè)試平臺(tái)，同時(shí)為不同特征參數(shù)狀態(tài)下等離子體對(duì)地面模擬通信調(diào)制信號(hào)傳輸鏈路影響的分析與規(guī)律總結(jié)提供相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理結(jié)果。


圖I為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理圖；圖2為等離子體區(qū)域分布形式與通信信號(hào)傳輸方向關(guān)系圖；圖3為有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)收發(fā)天線兩端時(shí)域信號(hào)特征對(duì)比結(jié)果圖；圖4為有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)收發(fā)天線兩端相位差特征對(duì)比結(jié)果圖5為有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)接收端眼圖特征改變結(jié)果圖；圖6為有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)接收端星座圖特征改變結(jié)果圖；圖7為有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)圖像傳輸特征改變結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明與國(guó)內(nèi)外已有的相關(guān)研究工作相比明顯的差別如下(I)本發(fā)明采用的等離子體是的均勻或非均勻分布、空間尺度可變、分布模式可變的等離子體區(qū)域；等離子體區(qū)域生成特征參數(shù)包括電子密度、碰撞頻率、空間尺度，這些特征參數(shù)的狀態(tài)為等離子體區(qū)域可以是近似均勻等離子體，即一定空間尺寸條件下，電子密度和碰撞頻率為常量；等離子體區(qū)域還可以是非均勻分布的等離子體，即等離子體電子密度和碰撞頻率是隨著空間尺寸的變化呈一定規(guī)律變化的。 (2)本發(fā)明采用的空間傳輸通信信號(hào)形式為數(shù)字調(diào)制信號(hào)，調(diào)制形式涵蓋了二進(jìn)制和多進(jìn)制的FSK、PSK、DPSK以及ASK等，載波頻率范圍從幾十兆赫茲到幾十吉赫茲可調(diào)，基帶編碼號(hào)涵蓋了圖像息、首頻息和隨機(jī)編碼等；(3)本發(fā)明研究特征參數(shù)任意分布的等離子體對(duì)在其中傳輸?shù)耐ㄐ判盘?hào)的全屏蔽特性、等離子體對(duì)通信信號(hào)的時(shí)域特征、頻域特征的影響特性，以及由此對(duì)通信系統(tǒng)星座圖、眼圖特征的影響特性、對(duì)通信系統(tǒng)誤碼率影響特性。本發(fā)明的測(cè)試原理是基于已設(shè)計(jì)的地面模擬通信系統(tǒng)(通信子系統(tǒng)、同步數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及顯控子系統(tǒng))，針對(duì)空間傳輸通信信號(hào)的特定編碼形式、調(diào)制形式、載波頻率、極化形式等特征，確定真空環(huán)境中等離子體參數(shù)狀態(tài)，給出試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方案，通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理與分析獲取有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)空間傳輸通信信號(hào)時(shí)域和頻域特征對(duì)比結(jié)果、解調(diào)解碼后眼圖和星座圖對(duì)比結(jié)果以及地面模擬通信系統(tǒng)相對(duì)誤碼率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。具體的測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理是基帶信號(hào)數(shù)據(jù)源通過(guò)基帶信號(hào)生成與調(diào)制系統(tǒng)先生成中頻調(diào)制信號(hào)，在此設(shè)置測(cè)量端口，提取信號(hào)發(fā)射端的中頻信號(hào)數(shù)據(jù)，同時(shí)將中頻信號(hào)再次上變頻至射頻已調(diào)制信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線引入產(chǎn)生等離子體區(qū)域的試驗(yàn)容器，已調(diào)制信號(hào)經(jīng)試驗(yàn)容器透射后，通過(guò)接收天線將信號(hào)引出，經(jīng)下變頻至中頻信號(hào)，同樣在此設(shè)置測(cè)量端口，提取信號(hào)接收端的中頻信號(hào)數(shù)據(jù)，采集獲取的原始數(shù)據(jù)是二進(jìn)制的數(shù)據(jù)流。如圖I所示，該技術(shù)方案具體實(shí)現(xiàn)如下測(cè)試環(huán)境主要包括等離子體區(qū)域生成環(huán)境、等離子體區(qū)域生成裝置、通信信號(hào)生成系統(tǒng)、通信信號(hào)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。等離子體區(qū)域生成環(huán)境為等離子體區(qū)域的持續(xù)存在提供一定真空度的真空環(huán)境;等離子體區(qū)域生成裝置形成特定區(qū)域及其空間分布的等離子體區(qū)域；地面試驗(yàn)環(huán)境下不同空間尺度、不同電子密度和碰撞頻率及其空間分布的均勻或非均勻等離子體區(qū)域生成技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理包括多種其一是在一個(gè)尺寸可調(diào)的密閉容器或設(shè)備內(nèi)，采用氣體壓縮和加熱方式產(chǎn)生等離子體區(qū)域；其二是真空試驗(yàn)環(huán)境中利用氣體或固體工質(zhì)的等離子體生成裝置直流放電產(chǎn)生等離子體區(qū)域；其三是在有形密閉腔體內(nèi)對(duì)不同組元混合氣體的射頻放電產(chǎn)生等離子體區(qū)域。通信信號(hào)生成系統(tǒng)能夠生成不同調(diào)制形式、不同載波頻率的空間傳輸通信信號(hào)；適用于測(cè)試的基帶編碼信號(hào)可以是圖像信號(hào)、音頻信號(hào)或隨機(jī)數(shù)字編碼信號(hào)。信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)形成的空間傳輸通信信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線引入等離子體區(qū)域，等離子體區(qū)域可為均勻或非均均勻，等離子體區(qū)域參數(shù)的大小可在6個(gè)量級(jí)范圍內(nèi)變化，等離子體區(qū)域非均勻分布形式也可改變，經(jīng)等離子體區(qū)域透射的通信信號(hào)由接收天線引出，由數(shù)據(jù)采集和測(cè)量系統(tǒng)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。通信信號(hào)采集系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的采集；等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響的數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在收/發(fā)天線兩端，測(cè)量信號(hào)的通道數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要靈活設(shè)置，數(shù)據(jù)采樣率、信息傳輸速率也可根據(jù)等離子體區(qū)域存在時(shí)間的長(zhǎng)短調(diào)整?；鶐盘?hào)數(shù)據(jù)源通過(guò)基帶信號(hào)生成與調(diào)制系統(tǒng)先生成中頻調(diào)制信號(hào)，在此設(shè)置測(cè)量端口，提取信號(hào)發(fā)射端的中頻信號(hào)數(shù)據(jù)，同時(shí)將中頻信號(hào)再次上變頻至射頻已調(diào)制信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線引入等離子體區(qū)域環(huán)境，已調(diào)制信號(hào)經(jīng)透射后，通過(guò)接收天線將信號(hào)引出，經(jīng)下變頻至中頻信號(hào)，同樣在此設(shè)置測(cè)量端口，提取信號(hào)發(fā)射端的中頻信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)收發(fā)天線兩端的中頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分別獲得收發(fā)天線兩端、有無(wú)等離子體時(shí)中頻時(shí)域和頻域特性數(shù)據(jù)、接收端系統(tǒng)相對(duì)誤碼結(jié)果。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)給出有無(wú)等離子體干擾時(shí)信號(hào)特征的結(jié)果。根據(jù)收發(fā)天線兩端獲取的原始數(shù)據(jù)，利用有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)收發(fā)天線兩端時(shí)域特征曲線的改變，通過(guò)快速傅立葉變換、信號(hào)解調(diào)和解碼等方法，最終獲取等離子體區(qū)域干擾前后時(shí)域特征曲線、相頻特征、幅頻特征、星座圖特征、眼圖特征等的對(duì)比結(jié)果，并統(tǒng)計(jì)出有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)地面模擬通信系統(tǒng)碼元傳輸?shù)南鄬?duì)誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)已處理的試驗(yàn)結(jié)果，給出等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)影響效果的分析方法和判斷依據(jù)采用理論仿真模型和地面原理驗(yàn)證試驗(yàn)相結(jié)合的方法，給出因不同特征參數(shù)和不同分布形式的等離子體區(qū)域?qū)臻g傳輸通信信號(hào)的幅度、相位以及頻率特征的改變大小，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的星座圖、眼圖以及地面模擬通信系統(tǒng)信息傳輸誤碼率改變程度的結(jié)果及變化規(guī)律，形成較為完備的分析模型。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率最大為100MHz，可以完成等離子體區(qū)域持續(xù)時(shí)間從幾百微秒至幾百秒范圍的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可處理和分析的數(shù)據(jù)文件，單次試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件大小最大可達(dá)O. 5G量級(jí)，后處理形成的信號(hào)特征結(jié)果的曲線共計(jì)可達(dá)近200萬(wàn)幅。等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響分析技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是將試驗(yàn)采集到的有無(wú)等離子體區(qū)域兩種情況下收發(fā)天線兩端通信信號(hào)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析的*. dat或*. txt文件；利用數(shù)據(jù)處理軟件，通過(guò)直接讀取轉(zhuǎn)換后文件的形式，給出發(fā)射端和接收端時(shí)域特征結(jié)果和頻域特征結(jié)果曲線，根據(jù)處理結(jié)果曲線對(duì)比出有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)時(shí)域信號(hào)波形的畸變、幅頻特性中能量的衰減域波形的畸變以及相頻特性中相位的改變等對(duì)比結(jié)果；以天線接收端轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為輸入?yún)?shù)，利用解調(diào)解碼硬件和數(shù)據(jù)處理軟件，給出在有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)接收端解調(diào)解碼后眼圖和星座圖特征的對(duì)比結(jié)果；以基帶圖像、音頻或隨機(jī)碼為信源，利用測(cè)試軟硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟硬件系統(tǒng)，給出地面模擬通信系統(tǒng)在有無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)誤碼率改變的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。圖2確定了等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征改變地面測(cè)試中等離子體區(qū)域與通信信號(hào)傳輸方向，等離子體區(qū)域可為電子密度和碰撞頻率為常數(shù)的均勻分布，均勻等離子體的空間尺度可調(diào)；等離子體區(qū)域也可為非均勻等離子體，電子密度和碰撞頻率值隨通信信號(hào)的傳播方向而改變，空間尺度可調(diào)，非均勻分布形式可為線性、指數(shù)形式等。在等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征改變測(cè)試中，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，可以獲取有無(wú)等離子體區(qū)域影響時(shí)信號(hào)的時(shí)域特征，如圖3所示，圖中上面的曲線為發(fā)射天線端信號(hào)時(shí)域特征曲線，下面的曲線為天線接收端信號(hào)時(shí)域特征曲線，左圖為無(wú)等離子體區(qū)域時(shí)收發(fā)端信號(hào)時(shí)域特征曲線，右圖為有等離子體區(qū)域時(shí)收發(fā)端信號(hào)時(shí)域特征曲線，由圖3可以看出，與無(wú)等離子體干擾時(shí)相比，有等離子體區(qū)域干擾時(shí)時(shí)域信號(hào)特征可產(chǎn)生嚴(yán)重畸變。在等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征改變測(cè)試中，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，可以獲取有無(wú)等離子體區(qū)域影響時(shí)信號(hào)的相頻特征，如圖4所示，左圖為無(wú)等離子體區(qū)域時(shí) 收發(fā)端信號(hào)相位差值曲線，右圖為有等離子體區(qū)域時(shí)收發(fā)端信號(hào)相位差值曲線，由圖4可以看出，與無(wú)等離子體干擾時(shí)收發(fā)端相位差呈線性變化相比，有等離子體區(qū)域干擾時(shí)，收發(fā)端相位改變特征無(wú)規(guī)律。在等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征改變測(cè)試中，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，可以獲取有無(wú)等離子體區(qū)域干擾時(shí)接收端通信信號(hào)的眼圖結(jié)果，如圖5所示，圖中，上面的曲線為I路眼圖，下面的曲線為Q路眼圖，左圖為無(wú)等離子體區(qū)域干擾時(shí)通信信號(hào)眼圖特征，右圖為有等離子體區(qū)域干擾時(shí)通信信號(hào)眼圖特征，由圖5可以看出，與無(wú)等離子體干擾時(shí)相比，當(dāng)?shù)入x子體區(qū)域干擾時(shí)，眼圖特征產(chǎn)生嚴(yán)重畸變。在等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征改變測(cè)試中，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，可以獲取有無(wú)等離子體區(qū)域干擾時(shí)接收端通信信號(hào)的星座圖結(jié)果，如圖6所示，左圖為無(wú)等離子體區(qū)域干擾時(shí)的星座圖結(jié)果，右圖為有等離子體區(qū)域干擾時(shí)的星座圖結(jié)果，由圖6可以看出，對(duì)于某種典型的調(diào)制形式信號(hào)，與無(wú)等離子體區(qū)域干擾相比，在有等離子體區(qū)域干擾時(shí)，信號(hào)的星座圖產(chǎn)生很明顯的改變。如圖7所示，在信號(hào)發(fā)送端以一定調(diào)制形式形成的通信信號(hào)將圖像信息發(fā)出，經(jīng)等離子體區(qū)域傳輸后，在接收端解調(diào)解碼后，由于等離子體區(qū)域?qū)υ谄渲袀鬏斖ㄐ判盘?hào)時(shí)域和頻域特征產(chǎn)生的嚴(yán)重畸變，導(dǎo)致信號(hào)的眼圖和星座圖嚴(yán)重失真，從而導(dǎo)致圖像信息無(wú)法在接收端恢復(fù)原樣，最終體現(xiàn)在通信系統(tǒng)的誤碼率大大提升。本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于步驟如下 (1)建立等離子體區(qū)域生成環(huán)境，建立的方法為在一個(gè)尺寸可調(diào)的密閉容器或設(shè)備內(nèi)采用氣體壓縮和加熱方式產(chǎn)生等離子體區(qū)域，或者利用固體或氣體工質(zhì)組元等離子體生成裝置通過(guò)直流放電產(chǎn)生等離子體區(qū)域，或者在密閉腔體內(nèi)對(duì)不同組元混合氣體射頻放電產(chǎn)生等離子體區(qū)域； (2)利用基帶信號(hào)源生成基帶編碼信號(hào)用來(lái)模擬空間通信信號(hào)的信源，基帶編碼信號(hào)一路傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)過(guò)編碼和調(diào)制后變成中頻調(diào)制信號(hào)，中頻調(diào)頻信號(hào)一路傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)過(guò)上變頻至射頻調(diào)制信號(hào)，射頻調(diào)制信號(hào)通過(guò)發(fā)射天線引入等離子體區(qū)域生成環(huán)境； (3)射頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)等離子體區(qū)域生成環(huán)境透射后，通過(guò)接收天線將射頻調(diào)制信號(hào)引出，透射后的射頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)下變頻形成透射后的中頻調(diào)制信號(hào)，透射后的中頻調(diào)制信號(hào)一路傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，另一路經(jīng)過(guò)解碼解調(diào)形成透射后的基帶編碼信號(hào)，透射后的基帶編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)宿后傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； (4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)透射前的中頻調(diào)制信號(hào)和透射后的中頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)在時(shí)域特征、相頻特征、幅頻特征的對(duì)比結(jié)果，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)透射后的中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，得到等離子體區(qū)域干擾前后模擬通信信號(hào)的星座圖特征、眼圖特征的對(duì)比結(jié)果，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)透射前的基帶編碼信號(hào)和透射后的基帶編碼信號(hào)進(jìn)行碼元對(duì)比，得到等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)碼元傳輸?shù)南鄬?duì)誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果； (5)根據(jù)步驟(4)得到的等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)在時(shí)域特征、相頻特征、幅頻特征、星座圖特征、眼圖特征的對(duì)比結(jié)果和等離子體區(qū)域干擾前后模擬空間通信信號(hào)碼元傳輸?shù)南鄬?duì)誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出等離子體對(duì)空間通信信號(hào)的特征影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于所述步驟(I)建立的等離子體區(qū)域環(huán)境為一定空間尺寸條件下電子密度和碰撞頻率為常量的均勻分布等尚子體區(qū)域，或等尚子體電子密度和碰撞頻率隨空間尺寸變化而變化的非均勻分布等離子體區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于所述步驟(I)中等離子體生成裝置采用的固體工質(zhì)組元為堿金屬或堿土金屬族組元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于所述步驟(I)中等離子體生成裝置采用的氣體工質(zhì)組元為惰性氣體族組元。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于所述步驟(I)中不同組元混合氣體包括惰性氣體族、空氣和汞。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于所述步驟(2)生成的基帶編碼信號(hào)為圖像信號(hào)、音頻信號(hào)或隨機(jī)數(shù)字編碼信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種測(cè)試與分析等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率最大為IOOMHz。
全文摘要
一種測(cè)試等離子體對(duì)空間通信信號(hào)特征影響的方法，該方法設(shè)計(jì)了等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響的測(cè)試方案，給出了空間傳輸通信信號(hào)在等離子體區(qū)域(等離子體區(qū)域的電子密度、碰撞頻率、空間尺寸分別為常量或變量等條件)傳輸與在無(wú)等離子體區(qū)域傳輸對(duì)比的已調(diào)制信號(hào)時(shí)域特征、頻域(包括幅頻和相頻)特征、解調(diào)解碼后眼圖特征、星座圖特征的對(duì)比結(jié)果以及誤碼統(tǒng)計(jì)結(jié)果，為開(kāi)展真空狀態(tài)下特征參數(shù)任意分布等離子體對(duì)空間傳輸通信信號(hào)特征影響地面驗(yàn)證試驗(yàn)提供測(cè)試平臺(tái)，同時(shí)為不同特征參數(shù)狀態(tài)下等離子體對(duì)地面模擬通信調(diào)制信號(hào)傳輸鏈路影響的分析與規(guī)律總結(jié)提供相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量和數(shù)據(jù)后處理結(jié)果。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102724003SQ20121012209
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者于哲峰, 劉佳琪, 劉洪艷, 奚敏, 孟剛, 常青, 徐勇, 李乙洲, 李宏杰, 李育龍, 江志燁, 袁雷, 鄔潤(rùn)輝 申請(qǐng)人:中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院, 北京航天長(zhǎng)征飛行器研究所