【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于跨域飞行器，涉及一种用于跨域飞行器通信的参数时变正交电磁二维窗法，特别涉及一种包含等离子体电子密度探针以及时变参数电磁场用于削弱等离子体电子密度的参数时变正交电磁二维窗法。
技术介绍
1、由于跨域变构飞行器具有大空域、宽速域的飞行特点，面临复杂环境特性，因此再入时会与空气分子剧烈摩擦，并强烈挤压空气分子，导致飞行器表面气体温度急剧上升到，内能显著增大，从而导致分子电离，而电离的气体分子会覆盖在飞行器表面产生等离子体鞘套，引发“黑障”现象，即等离子体中自由移动的电子会对电磁波产生与金属相似的屏蔽效应，让电磁波发生反射、散射，甚至吸收电磁波，阻断飞行器与外界通讯，导致地面监测系统无法实时获取当前飞行状态使得遥控及遥测失败。
2、相较于传统再入段飞行器，跨域变构飞行器因其高速性与强机动性，可能随机出现长时“黑障”现象。目前，针对“黑障”问题已有相关解决思路，包括：选择合适频率窗口、增大天线发射功率、改变飞行器气动外形、喷洒亲电子物质、三波共振法以及磁窗法等，其中磁窗法普遍被认为是最具有潜力的方法之一。磁窗法通过在飞行器上施加适当的电磁场，使得内部电子受力定向移动，于中心处打开一低电子密度区域，从而改变等离子体电子密度使得电磁波能顺利穿过，可有效减少“黑障”时间。但当前各方法仍有明显不足：若施加脉冲磁场削弱等离子体电子密度仅能作用于瞬时；而除磁窗法外其他方法目前仅停留在理论阶段，未完成实际应用；但磁窗法目前受困于德拜屏蔽的影响，且磁窗法消耗能量大，采用定值参数时，往往会造成能源浪费；若为节省能源减小参数则会降低
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于跨域飞行器通信的参数时变正交电磁二维窗法，在飞行器处于黑障期间实时的检测等离子体电子密度，并依于此施加适当的电磁场削减电磁密度，为通信打开通道。
2、一种用于跨域飞行器通信的参数时变正交电磁二维窗法包括以下步骤：
3、步骤一：使用动量定理和动能定理描述与时变电磁场相互作用的等离子体流体模型，具体流程如下：
4、将等离子流场看成是由大量带电粒子组成的导电流体，流场方程可以通过质量守恒和动量守恒定理描述，带电粒子的质量守恒方程表示为：
5、
6、由于电子质量约为离子质量的10-4，电子的惯性离子相比可忽略，离子的惯性与电子相比可忽略，因此，带电粒子的动量守恒方程可以表示为：
7、
8、
9、式中，α＝i,e；ne和ni分别为电子和离子密度；ve、vi和vn分别为电子、离子和中性粒速度；e为电子电荷；te和ti为电子和离子温度；me和mi为电子和离子质量；vie为离子-电子的碰撞频率；vin为离子-中性粒子的碰撞频率；vei为电子-离子的碰撞频率；ven为电子-中性粒子的碰撞频率；e为电场强度，b为磁场强度，kb为玻尔兹曼常数，等离子体总体呈电中性ne≈ni＝n，等离子体流速定义为：
10、
11、整理上述方程可得：
12、
13、式中，ve＝vei+ven表示电子碰撞频率，j＝en(vi-ven)表示电流密度。通过j×b洛伦兹力项对天线窗口处的等离子体产生排斥作用，形成低电子密度区域，
14、步骤二：使用麦克斯韦方程组和欧姆定律描述时变电磁场与等离子体相互作用的电磁场模型，具体流程如下：
15、交变电磁场是由天线窗左右两端的电极产生，而交变磁场则由通入励磁电流的u型磁体产生，需保证交变电场和交变磁场同频同相，以使得每点的洛伦兹力方向始终不变，洛伦兹力方向是让等离子体中不同半区的电子始终向着磁场n极和s极移动，将交变磁场b通过麦克斯韦方程组进行表示：
16、
17、式中，jcoil为线圈中流过的电流密度，其表达式为：
18、
19、式中，n是线圈匝数，icoil是通入线圈的励磁电流，acoil是电流通过的截面积，而icoil的表达式为：
20、
21、式中，i0是初始励磁电流值，ωs是电流角频率，是电流相位，最后使用欧姆定律求解电流密度j，
22、
23、式中，u0是初始电压，ωs是交变电压角频率，是电压相位，由于外加电压产生的电场e远大于运动的带电粒子在磁场中产生的感应场v×b，因此电流密度j方程简化为：
24、j＝σe
25、式中，σ为电导率，将上述方程沿x，y，z方向展开，即可得到参数时变正交电磁二维窗基本方程组：
26、
27、步骤三：基于上述方程组，选择合适电场强度和磁场强度范围，并设定插值函数及次数，得到电场强度和磁场强度的函数关系，具体流程如下：
28、分别选取磁场强度上限bu及下限bl，电场强度上限eu及下限el，和插值次数n，将磁场强度大小b和电场强度大小e平均分为n个值，即b1,b2,...,bn和e1,e2,…,en，将上述磁场强度bi(i＝1,2,...,n)和电场强度ej(j＝1,2,...,n)两两组合连同目标等离子体电子密度削弱比例ns代入参数时变正交电磁二维窗基本方程组，求解相应等离子体电子密度值nei×j，选取合适插值函数根据上述等离子体电子密度nei×j与电场强度ej及磁场强度bi的关系进行二维插值得到等离子体电子密度与磁场强度和电场强度的函数关系式ne＝f(b,e)，
29、步骤四：设计复合探针模式，包含平装探针及微波截止探针，使用碰撞理论修正模型，具体流程如下：
30、设计平装探针以测量飞行器表面等离子体电子密度，无碰撞等离子体双探针公式为：
31、ii＝asenecs
32、式中，ii为探针的离子饱和流；as为探针的电极表面积；e为电子电荷量；ne为等离子体电子密度；cs为玻姆速度，在麦氏分布下，ns/n0＝0.6，其中n0为未扰动的等离子体电子密度，修正后的玻姆速度为：
33、
34、式中，v0为修正后的离子玻姆速度；α＝λd/λi，其中λd为德拜长度，λi为离子平均自由程，最终，得到平装探针的修正离子流表达式：
35、
36、式中，c和b为碰撞环境下的修正因子；vd为两探针之间的电压差；te为等离子体有效电子温度，并采用经典朗缪尔柱探针饱和电子流公式计算饱和电子电流：
37、
38、根据收集电流与离子电流和电子电流的关系：
39、i＝ie-ii
40、式中，i为收集电流。当电子温度te已知的情况下，可以通过上述方程式求解等离子体电子密度ne，设计微波截止探针，以扩大探针作用范围，探针使用特制的微带天线向等离子体中发射宽频电磁波，电磁波进入等离子体后被反射，再回到微带天线被接收。通过分析射频信号经过等离子体后的振幅变化，来判断等离子体的截止频率。对于不均匀等离子体，可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于跨域飞行器通信的参数时变正交电磁二维窗法，其特征在于，所述一种用于跨域飞行器通信的参数时变正交电磁二维窗法包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种用于跨域飞行器通信的参数时变正交电磁二维窗法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，徐佳熠，岳晓奎，石珂珂，张剑桥，张滕，吕佰梁，王剑颖，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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