返回式航天器动态等离子体低频电磁波信道特性研究

考虑低频电磁波在等离子体鞘套下强穿透能力,低频法被认为是一种缓解黑障影响的可行方法。现有研究建立了低频电磁波在稳态等离子体鞘套下衰减模型,但是忽略了动态等离子体信道对信号的影响,缺乏对该信道特性的深入认识。因此,对动态等离子体低频电磁波信道特性开展研究,以动态等离子体信道响应为基础,结合有色高斯分布时变电子密度模型,建立了动态等离子体信道统计模型,获得了该信道一阶统计特性,幅度概率密度函数P_(r)(r)为幂函数-高斯函数结合分布,相移概率密度函数P_(φ)(φ)为正切函数-高斯函数结合分布,功率谱密度函数S_(Hi)(ω)为有色噪声分布。为验证该信道统计模型有效性,开展多种状态的数值仿真(电子密度10^(18)~10^(19)/m^(3),碰撞频率1~5 GHz,低频电磁波频率1~30 MHz),仿真结果与理论结果高度吻合。随着电子密度从10^(18)/m^(3)增大10^(19)/m^(3),幅度、相移随机波动程度增强,P_(r)(r)均值μ_(r)从1.33增大至34.04,标准差σ_(r)从0.13增大至14.34;P_(φ)(φ)均值μ_(φ)从0.58增大至5.81,标准差σ_(φ)从0.11增大至1.19,功率谱发生衰减和展宽现象。刻画的动态等离子体低频电磁波信道,对低频通信调制算法设计和性能评估具有重要意义。