基于物理光学法的等离子体鞘套包覆目标散射特性研究

作     者：肖一凡 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭立新

授予年度：2019年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：等离子体鞘套 太赫兹 非均匀流场 飞行条件 电磁散射 

摘      要：高超声速飞行器在临近空间飞行时,会在飞行器周围产生一层等离子体鞘套,它会对电磁波产生反射、吸收和散射等作用,从而改变飞行器的散射特性,影响对飞行器的探测。传统的雷达探测所使用微波,难以穿透等离子体鞘套,而太赫兹波在等离子体鞘套中具有高穿透性,在对高超声速飞行器的探测上具有广泛的应用前景。飞行器在临近空间飞行时,由于飞行速度和飞行高度等飞行条件的改变,等离子体鞘套的参数也在发生改变,因此需要研究高超声速飞行器在不同飞行条件下散射特性的变化。本文主要围绕钝锥模型,研究了该模型在不同入射条件和等离子体鞘套参数下的双站和后向雷达散射截面。基于高超声速飞行器鞘套流场的仿真数据,对不同飞行条件下的流场特性进行了分析,研究了不同飞行高度、飞行速度下等离子体鞘套包覆飞行器在迎头照射和尾部照射的雷达散射截面。论文主要工作如下:首先给出了与散射特性计算相关的雷达散射截面的概念,物理光学法基本理论以及等离子体鞘套的基本知识。将抛物线型分布等离子体鞘套分成多层,利用物理光学方法计算等离子体鞘套包覆目标的双站和后向雷达散射截面,并对比了不同入射角、不同入射频率、不同极化方式及不同等离子体鞘套厚度时目标雷达散射截面的变化,着重分析了不同频段鞘套包覆目标雷达散射截面的差异。高分辨一维距离像是目标特性非常重要的部分,本文计算了等离子体鞘套包覆目标的高分辨一维距离像。针对不同条件下的等离子体鞘套包覆目标,对比了太赫兹波段和微波波段获取的高分辨一维距离像,太赫兹波段可以达到的带宽明显大于微波波段,这在客观上为利用太赫兹波得到等离子体鞘套包覆目标的高分辨一维距离像提供了优势和有力的基础。飞行器在临近空间飞行时所产生的等离子体鞘套流场会随着飞行条件的变化而产生变化。因此本文根据仿真的高超声速钝锥飞行器等离子体鞘套非均匀流场数据,对不同飞行高度、飞行速度下流场温度分布和电子密度分布的变化进行了对比分析,计算了垂直于飞行器表面的电子密度分布和介电常数随入射波频率的变化。在此基础上,计算了不同飞行条件下飞行器迎头照射和尾部照射的双站和后向雷达散射截面,并对不同入射频率和不同极化方式的计算结果进行了分析。