一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法技术

一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法

【技术实现步骤摘要】
一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，具体涉及一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法
、
系统
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]高超声速飞行器在飞行过程中驻点处摩擦挤压前方空气产生高温高压，在极端条件影响下空气内分子产生电离，生成向后方扩散的等离子体流场，即等离子鞘套，随着波后气流向飞行器周围扩散，沿飞行器从驻点区到尾端区，等离子鞘套的流场厚度逐渐增加，局部等离子体非均匀性增强，等离子鞘套的峰值电子密度逐渐降低，强粘性效应使得飞行器后部等离子鞘套流畅速度明显降低，同时沿飞行器表面向外，流场速度也由于粘性效应有显著下降
。
等离子鞘套内部的带电粒子会对电磁波的传输性质造成显著影响，产生吸收
、
反射等作用，电磁波在入射局部等离子鞘套后，幅度和相位受等离子体参数影响受到不同程度的调制，这种调制作用对雷达系统对高超声速飞行器的探测准确性产生巨大挑战
。
[0003]现有的研究工作一般将载频设为入射频率来进行建模，雷达回波在局部等离子鞘套耦合单一流场速度，高精度雷达主要使用宽带体制雷达信号，宽带雷达不同频域分量入射等离子鞘套的深度具有差异性，导致雷达回波耦合在局部等离子鞘套多个流场速度，现有的分析方法不能准确地描述等离子鞘套对宽带雷达信号的调制作用
。
[0004]名称为“等离子体包覆目标雷达回波建模仿真方法”、
申请号为
[CN201910254719.0]的专利申请，提供了一种等离子体包覆目标雷达回波建模仿真方法，技术方案为：步骤1：建立再入目标几何模型，并建立等离子体鞘套的参数模型，分别划分面元；步骤2：发射信号并进行采样，计算等离子体包覆目标各面元受到雷达信号照射后的散射电场，并计算各面元的后向散射系数；步骤3：计算等离子体包覆目标各面元的回波相位；步骤4：由后向散射系数和回波相位，得到各面元的回波信号，并合成目标总的回波信号；步骤5：重复步骤2‑4操作，直到采样结束
。
该方法能反映等离子体包覆目标回波的相位信息，得到完整的雷达回波，可用于信号处理和目标特性分析
。
但是，此方案并未考虑到等离子鞘套特征参数空间分布对宽带电磁波的复杂耦合作用，无法获得准确的回波模型
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法
、
系统
、
设备及介质，通过建立等离子鞘套特征参数空间分布模型，求解得到局部等离子鞘套宽带雷达反射电磁波模型
E
R
(t,m)
，再根据局部等离子鞘套宽带雷达反射电磁波模型
E
R
(t,m)
，对等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型
Echo(t)
建模，可以准确地描述等离子鞘套对宽带雷达信号的调制作用，具有提高高超声速飞行器探测精确度的特点
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
1、
建立等离子鞘套特征参数空间分布模型；
[0009]步骤
2、
基于步骤1建立的等离子鞘套特征参数空间分布模型，求解得到局部等离子鞘套宽带雷达反射电磁波模型
E
R
(t,m)
；
[0010]步骤
3、
基于步骤2得到的局部等离子鞘套宽带雷达反射电磁波模型
E
R
(t,m)
，构建等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型
Echo(t)。
[0011]所述的步骤1具体包括：
[0012]步骤
1.1、
先在等离子鞘套驻点到尾端之间提取
M
个参考点，参考点局部等离子鞘套厚度为
l
m
，其中，
m
为等离子鞘套参考点序号，
m
＝
1、2、3
…
M
，第
m
个参考点的第
n
层等离子体厚度为
d
n
(m)
，从第
m
个参考点的第1层到第
n
层等离子体的总厚度为第
n
层等离子体对应的速度
v
n
(m)
，其中，
n
为局部等离子鞘套分层模型层数序号，
n
＝
1、2、3
…
N(m)
，
N(m)
为第
m
个等离子鞘套参考点分层的总层数；
[0013]步骤
1.2、
局部等离子鞘套电子密度由目标表面向外的电子密度呈双高斯分布，取第
m
个参考点，基于步骤
1.1
中的第
m
个参考点的局部等离子鞘套厚度
l
m
、
第
n
层等离子体厚度
d
n
(m)、
第1层到第
n
层等离子体的总厚度建立第
m
个参考点的局部等离子鞘套分层电子密度模型
n
e,n
(m)
：
[0014][0015]其中，
Ne
max
(m)
为峰值电子密度，
l
peak
(m)
为达到峰值电子密度时距离目标表面的距离，
α
1,m
为第一高斯函数影响参数，
α
2,m
为第二高斯函数影响参数；
[0016]步骤
1.3、
通过单位电荷
e、
电子质量
m
e
和真空介电常数
ε0，基于步骤
1.2
中的建立的第
m
个参考点的局部等离子鞘套分层电子密度模型
n
e,n
(m)
，求解第
m
个参考点第
n
层等离子体特征频率
f
p,n
(m)
：
[0017][0018]所述的步骤2具体包括：
[0019]步骤
2.1、
基于宽带电磁波起始频率
f
c
，频带宽度
B
，求解宽带电磁波终止频率
f
end
＝
f
c
+B
；
[0020]步骤
2.2、
基于步骤
2.1
中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
建立等离子鞘套特征参数空间分布模型；步骤
2、
基于步骤1建立的等离子鞘套特征参数空间分布模型，求解得到局部等离子鞘套宽带雷达反射电磁波模型
E
R
(t,m)
；步骤
3、
基于步骤2得到的局部等离子鞘套宽带雷达反射电磁波模型
E
R
(t,m)
，构建等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型
Echo(t)。2.
根据权利要求1所述的一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：步骤
1.1、
先在等离子鞘套驻点到尾端之间提取
M
个参考点，参考点局部等离子鞘套厚度为
l
m
，其中，
m
为等离子鞘套参考点序号，
m
＝
1、2、3
…
M
，第
m
个参考点的第
n
层等离子体厚度为
d
n
(m)
，从第
m
个参考点的第1层到第
n
层等离子体的总厚度为第
n
层等离子体对应的速度
v
n
(m)
，其中，
n
为局部等离子鞘套分层模型层数序号，
n
＝
1、2、3
…
N(m)
，
N(m)
为第
m
个等离子鞘套参考点分层的总层数；步骤
1.2、
局部等离子鞘套电子密度由目标表面向外的电子密度呈双高斯分布，取第
m
个参考点，基于步骤
1.1
中的第
m
个参考点的局部等离子鞘套厚度
l
m
、
第
n
层等离子体厚度
d
n
(m)、
第1层到第
n
层等离子体的总厚度建立第
m
个参考点的局部等离子鞘套分层电子密度模型
n
e,n
(m)
：其中，
Ne
max
(m)
为峰值电子密度，
l
peak
(m)
为达到峰值电子密度时距离目标表面的距离，
α
1,m
为第一高斯函数影响参数，
α
2,m
为第二高斯函数影响参数；步骤
1.3、
通过单位电荷
e、
电子质量
m
e
和真空介电常数
ε0，基于步骤
1.2
中的建立的第
m
个参考点的局部等离子鞘套分层电子密度模型
n
e,n
(m)
，求解第
m
个参考点第
n
层等离子体特征频率
f
p,n
(m)
：
3.
根据权利要求1所述的一种等离子鞘套包覆目标宽带时域回波模型建模方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括：步骤
2.1、
基于宽带电磁波起始频率
f
c
，频带宽度
B
，求解宽带电磁波终止频率
f
end
＝
f
c
+B
；步骤
2.2、
基于步骤
2.1
中的宽带电磁波起始频率
f
c
和宽带电磁波终止频率
f
end
，得到宽带电磁波频域范围，并在宽带电磁波起始频率
f
c
至宽带电磁波终止频率
f
end
这一范围内，对第
m
个参考点的局部等离子鞘套宽带电磁波频域分集处理：宽带电磁波入射非均匀等离子体时，产生如下几种情况：情况
2.2.1、
当入射宽带电磁波的终止频率
f
end
小于非均匀等离子体最外层等离子体特
征频率
f
p,1
(m)
时，宽带电磁波仅在等离子体最外层发生反射；情况
2.2.2、
当入射宽带电磁波起始频率
f
c
大于非均匀等离子体峰值特征频率
f
p,max
(m)
时，宽带电磁波完全穿透非均匀等离子体，宽带电磁波在飞行器表面发生反射；情况
2.2.3、
当
f
p,1
(m)
＜
f
c
＜
f
end
＜
f
pmax
(m)
时，宽带信号整体入射至非均匀等离子体内部，不同频率分量分别对应不同入射深度，依据分集信号载波频率
f
i
等于等离子体特征频率
f
p,n
创建分集信号，其中
i
为分集信号的载频序列号，
i
＝
0,1,2,
…
,I
，
I
表示宽带信号频率分集处理后得到的分集总个数，
f
I
(m)
表示宽带信号频率分集处理后得到的分集频率最大值，
f
p,n
(m)
为第
n
层等离子体特征频率，分集信号频率
f
i
(m)
，对应的是宽带雷达信号频率范围与等离子体特征频率梯度的交集范围内，各层等离子体特征频率；情况
2.2.4、
当
f
c
＜
f
p,1
(m)
＜
f
end
＜
f
pmax
(m)
时，宽带信号部分入射至非均匀等离子体内部，不同频率分量分别对应不同入射深度，依据分集信号载波频率
f
i
(m)
等于等离子体特征频率
f
p,n
(m)
，创建分集信号；情况
2.2.5、
当
f
p,1
(m)
＜
f
c
＜
f
pmax
(m)
＜
f
end
时，宽带信号入射非均匀等离子体内部，部分分集信号穿透非均匀等离子体透射至目标表面，同时产生透明传输和电磁屏蔽效应
。
步骤
2.3、
通过真空介电常数
ε0和第
n
层等离子体碰撞频率
v
p,n
(m)
，基于第
n
层等离子体特征频率
f
p,n
(m)
，及步骤
2.2
中入射电磁波各分集信号载波频率
f
i
(m)
，求得各层等离子体复介电常数
ε
n,...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈方芳，张中道，丁懿，刘彦明，陈旭阳，白博文，李小平，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：