当飞行器以高速在大气层中飞行时,会与大气剧烈摩擦,引起大气中粒子的电离,产生“等离子鞘套”。等离子鞘套对飞行器测控通信电磁波信号产生了极大影响,造成电磁波的反射、折射、吸收等现象,严重干扰测控通信的正常开展,甚至造成通信中断的“黑障”现象。为了缓解和克服“黑障”现象,需要对电磁波传播特性在受等离子鞘套影响下的变化进行深入的研究和分析。等离子体对电磁波传播影响的本质是其中所存在的大量且不受束缚的自由带电粒子会与电磁波的交变电磁场发生相互作用,使得等离子体表现出有耗介质的宏观特性。对于稳态等离子体,其有耗介质特性会对一定频率范围的电磁波传播特性产生极大的影响,产生类似金属层的屏蔽效应或吸波材料的吸收效应,造成电磁波信号无法有效穿过等离子体。等离子鞘套是一种特殊的等离子体,不仅具有稳态等离子体的特性。在飞行器高速流场的作用下,等离子鞘套的参数还会表现出基于统计均值的强烈波动性,这些参数的波动会引起等离子鞘套介电特性的波动,进而对电磁波信号的传播产生强烈的干扰,引起误码等现象。为了研究和分析等离子鞘套参数波动性对电磁波传播的影响,本文从等离子物理原理出发,结合典型等离子鞘套所具有的宽参数范围特性,通过研究等离子鞘套中的主要参数——温度、压力、气体密度、电子密度和碰撞频率的波动之间的关系,进而得到这些参数的波动与等离子鞘套介电常数波动之间的关系。以此为基础,本文研究了温度波动对电磁波传播的影响。此外,本文还结合随机介质电磁波理论,对等离子鞘套在飞行器高速湍流作用下,其参数波动的湍流随机性对电磁波传播的影响进行了研究和分析。本文所取得的具体成果如下:1、提出了等离子鞘套碰撞频率的分段式计算方法。以基于统计原理的等离子动力论为基础,根据等离子鞘套不同于电离层等冷等离子体的宽参数范围特征,结合典型等离子鞘套数据,系统分析了各种不同粒子对碰撞频率的影响,获得了等离子鞘套碰撞频率计算的分段式方法。该方法相较于传统的经验公式方法,在物理上更加全面地考虑了不同粒子碰撞对碰撞频率的影响,更接近真实情况。在此基础上,本文还引入了电磁波影响等离子鞘套中粒子运动,进而影响碰撞频率这一因素,得到了较为完善、适合于高速飞行器等离子鞘套的碰撞频率计算方法。比较本文所得的两种碰撞频率计算方法,考虑电磁波对粒子的影响时的计算方法与忽略这种影响时的计算方法在分析电磁波在等离子鞘套中的传播问题时差异较小。两种计算方法可根据对计算速度和精度的不同需求酌情选用。2、建立了等离子鞘套中电子密度、碰撞频率的波动与温度、压力和气体密度的波动之间的关系。该关系基于可压缩湍流理论,结合等离子理论萨哈方程而得到。在此基础上本文还建立了介电常数波动与电子密度、碰撞频率波动间的关系,进而建立了介电常数波动与温度、压力和气体密度波动间的关系。此外,本文还分析了不同等离子鞘套环境下参数波动的变化规律。3、建立了研究等离子鞘套近尾部天线窗区域参数波动对电磁波传播影响的模型。选取等离子鞘套近尾部电子密度和碰撞频率值跨度范围内典型值,计算了温度波动对GPS波段、北斗波段以及Ka波段电磁波的透射、反射特性以及极化特性的影响,揭示了温度波动对电磁波传播特性影响的规律。并根据RAM C飞行试验所得不同飞行高度下等离子鞘套尾部电子密度和碰撞频率数据,计算了温度波动对电磁波传播特性影响随飞行高度的变化规律。计算结果表明:(1)随飞行高度的变化,温度波动对透射幅度的影响明显大于反射幅度。温度波动对透射幅度的影响,随飞行高度的增大呈现先增大后减小的趋势。其中,GPS波段和北斗波段,在50km附近最为显著;Ka波段在30km附近最为显著。在20~25km的低空,温度波动对反射幅度的影响随高度升高逐渐减小,超过30km后逐渐趋于0。(2)对于极化特性,GPS和北斗波段的影响在60km以上的高空时最为显著,而Ka波段的影响在50km以下的中低空最为显著。对轴比和相位差受到的影响较大,对极化失配损耗的影响较小。电磁波频率越高,影响越小。入射角越大,影响越大。4、建立了等离子鞘套介电常数的谱结构模型,提出了等离子鞘套湍流环境下的电磁波传播计算方法。根据随机介质电磁波传播理论和湍流谱结构理论,结合合本文所建立的介电常数波动与电子密度、碰撞频率,以及温度、压力和气体密度波动间的关系,获得了介电常数的谱结构模型。以此模型为基础,本文进而提出了适合于等离子鞘套湍流环境的电磁波传播计算方法。根据RAM C飞行试验所得不同飞行高度下等离子鞘套尾部电子密度和碰撞频率数据,计算了温度波动的湍流随机性对电磁波传播特性的影响,得到了这种影响随飞行高度的变化规律:(1)散射损耗随温度波动、湍流积分尺度和平均电子密度的增加而增大。随平均碰撞频率的增大先增大后减小。散射损耗远小于相应的平均介电损耗。(2)温度波动的湍流随机特性对电磁波振幅和相位的影响先增大,在30km高度附近达到峰值,而后逐渐减小。在30km附近,对于GPS和北斗波段足以显著影响电磁波的传播特性,Ka波段则不行。低于25km或高于47km后,影响就变得十分微弱。本文所得研究成果为研究等离子鞘套在飞行器流场作用下而具有的波动性对电磁波的影响提供了一种途径,本文所得电磁波在不同等离子鞘套环境下飞行器近尾部天线窗区域所受到的影响可以为测控通信系统的设计提供参考。