【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波，具体涉及一种可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法。
技术介绍
1、当飞行器在距地表面20到100公里之间以超高声速飞行时，其头部表面会与空气剧烈摩擦形成一层等离子体鞘套，对电磁波造成衰减、相移等影响，严重影响通信质量，甚至可能会导致无线电中断，即“黑障”现象。为了解决“黑障”现象，需要对等离子体鞘套参数进行诊断，诊断的参数一般包括电子密度和碰撞频率等。
2、微波诊断法是现有的等离子体诊断主要方法之一，它包括介入式与非介入式两类。介入式微波诊断主要利用探针，主要包括微波共振探针、等离子体阻抗探针、等离子体吸收探针等；非介入式微波诊断又可以分为微波反射法和微波透射法两类，微波反射法利用电磁波在等离子体界面上反射得到的幅度和相位诊断等离子体参数，微波透射法利用电磁波经过等离子体的衰减来反推电子密度与碰撞频率。
3、传统的微波反射法虽能揭示电子密度的分布情况，但要求电子密度分布存在明显的反射界面，这在一定程度上限制了其应用范围；对于呈单峰分布的等离子鞘套，该方法无法诊断峰值后的电子密度分布；同时，该方法在诊断过程中无法获取碰撞频率的信息。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法解决了传统方法受到电子密度分布限制，无法诊断峰值后的电子密度分布，实现复杂天线设计下的等离子体剖面诊断的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法
3、s1、通过外加磁场磁化等离子体；
4、s2、计算当前磁化等离子体的相对介电常数；
5、s3、基于计算出的相对介电常数，分析电磁波在等离子体中的传输特性，进而确定当前外加磁场的入射波频段对应反射系数是否为实现等离子体剖面诊断所需数据；
6、若否，则进入步骤s4；
7、若是，则进入步骤s5；
8、s4、调整外加磁场的入射波频段，重新磁化等离子体，并返回步骤s2；
9、s5、通过遗传算法分析不同磁场强度与反射系数之间的映射关系，实现等离子体剖面诊断。
10、进一步地，所述步骤s1中，磁化等离子体的外加磁场的布局方式为：
11、将透波窗口嵌于飞行器表面，在飞行器内部的透波窗口两侧分别布设一个永磁体，在所述永磁体下方正对所述透波窗口处布设天线。
12、进一步地，所述步骤s1中，磁化等离子体的外加磁场的布局方式为：
13、将透波窗口嵌于飞行器表面，在飞行器内部的透波窗口下依次设置三个电磁线圈和天线。
14、进一步地，所述步骤s2包括以下分步骤：
15、s21、计算磁化等离子体中电子在电场和磁场共同作用下的电子运动方程；
16、s22、在电磁波沿磁场方向传播时，根据电子运动方程，计算在左旋圆极化波和右旋圆极化波作用下磁化等离子体的电导率；
17、s23、根据磁化等离子体的电导率与相对介电常数之间的关系式，计算磁化等离子体的相对介电常数。
18、进一步地，所述步骤s21中，磁化等离子体中电子在电场和磁场共同作用下的电子运动方程为：
19、
20、式中，me表示电子质量，v表示电子运动速度矢量，ve表示电子碰撞频率，e表示电子电量，e表示电场强度，b表示外加磁场强度。
21、进一步地，所述步骤s22中，磁化等离子体的电导率表示为：
22、
23、式中，σl表示左旋圆极化波作用下磁化等离子体的电导率，σr表示右旋圆极化波作用下磁化等离子体的电导率，ne表示电子密度，e表示电子电量，vl表示左旋圆极化电子速度，vr表示右旋圆极化电子速度，el表示左旋圆极化波电场强度，er表示右旋圆极化波电场强度，ε0表示真空介电常数，ωp表示等离子体的特征频率，ωb表示电子的回旋角频率，ω表示入射频率。
24、进一步地，所述步骤s23中，磁化等离子体的电导率与相对介电常数之间的关系式为：
25、
26、式中，εl,r表示磁化等离子的相对介电常数，σl,r表示磁化等离子的电导率，ω表示入射频率，ε0表示真空介电常数；
27、所述磁化等离子体的相对介电常数εl,r表示为：
28、
29、式中，下标l和±中的“+”表示左旋圆极化波，r和“-”表示右旋圆极化波。
30、进一步地，所述步骤s3中，外加磁场时，电磁波在等离子体中的传输特性为：
31、随着入射电磁波频率的增大，等离子体对电磁波的反射作用减弱，反射系数幅值下降最快的频段随磁场强度的增大左移，且外加磁场强度越大，等离子体剖面诊断所需的电磁波频段越低。
32、进一步地，所述步骤s4中，调整外加磁场的入射波频段，并使用左旋圆极化波作为入射电磁波对等离子体重新磁化。
33、进一步地，所述步骤s5中，反射系数的映射关系为：
34、r＝f(ne(z),ve,b)
35、式中，r表示反射系数，f(·)为函数表示符号，ne(z)表示电子密度，ve表示碰撞频率，b表示磁场强度。
36、本专利技术的有益效果为：
37、(1)基于遗传算法的等离子体剖面诊断方法诊断成功的关键是一定的宽带反射数据信息量，尤其是针对电子密度较高的等离子体诊断，通常需要一个较宽的频段才能诊断成功。但在实际应用中，超宽带天线的设计较为复杂，飞行试验过程中可携带的天线尺寸也有限制，因此需要考虑降低所需频带带宽的优化方法。通过一系列的实验，认为该问题是由等离子体的电磁波传输特性导致的，对遗传算法本身结构参数等的改变难以解决这一问题；本专利技术针对该问题，利用可调控磁场对电磁波传输特性的影响，增加每个频点下的信息量，从而在保证方程总数的同时减少扫频频点。首先对磁化等离子体的介电特性进行了推导，然后根据推导的结果探究不同磁场强度下电磁波的传输特性。最后，使用外加可调控磁场对基于遗传算法的等离子体剖面诊断方法进行改进，根据诊断需要及实际条件选择合适的外加磁场，在不同参数的等离子体模型下对该方法进行了验证，验证了方法的有效性。
38、(2)本专利技术方法基于宽带微波反射数据开展了对高速飞行等离子体电子密度剖面的诊断，考虑利用静磁场增加反射系数的信息维度，提高结果准确性的同时降低所需入射波频带带宽，并利用遗传算法解决无法直接求解复杂映射关系这一问题，实现了等离子体参数多物理量的原位诊断。
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1.一种可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S1中，磁化等离子体的外加磁场的布局方式为：
3.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S1中，磁化等离子体的外加磁场的布局方式为：
4.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
5.根据权利要求4所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S21中，磁化等离子体中电子在电场和磁场共同作用下的电子运动方程为：
6.根据权利要求5所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S22中，磁化等离子体的电导率表示为：
7.根据权利要求6所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S23中，磁化等离子体的电导率与相对介电常数之间的关系式为：
8.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S4中，调整外加磁场的入射波频段，并使用左旋圆极化波作为入射电磁波对等离子体重新磁化。
10.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤S5中，反射系数的映射关系为：
...【技术特征摘要】
1.一种可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤s1中，磁化等离子体的外加磁场的布局方式为：
3.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤s1中，磁化等离子体的外加磁场的布局方式为：
4.根据权利要求1所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下分步骤：
5.根据权利要求4所述的可调磁场辅助的等离子体剖面诊断方法，其特征在于，所述步骤s21中，磁化等离子体中电子在电场和磁场共同作用下的电子运动方程为：
6.根据权利要求5所述的可调磁场辅助的等离子...
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