等离子体中电波传播的三波非线性效应仿真研究

摘要

飞行器在返回大气层时，其速度可达到十几甚至数十马赫，高温使其周围空气电离形成等离子鞘，使得投射其上的电磁波产生反射、折射及散射，而在其中传播的电磁波受到衰减，从而影响飞行器的导航、遥测和通信信号的传输，严重阻碍飞行器与外界的通信，影响飞行器的安全。为了解决这一问题，国内外研究人员提出了许多可能的解决办法，至今仍未彻底解决。等离子体的三波非线性效应是其中的一种可能的解决方案。
　　本文对等离子体中的三波非线性效应进行研究，具体的工作如下：
　　（1）首先介绍论文的研究背景与意义，然后介绍了等离子体中的流体力学方程，结合麦克斯韦方程组建立等离子体与电磁波相互作用过程的数学物理模型。
　　（2）开展等离子体中的三波非线性效应的频域数值仿真研究。主要是对修正的金兹堡方程及非线性电流进行求解，分析低频信号入射角、泵源参数及等离子体电子密度分布对非线性的影响；最后，给出RAMC实际等离子体电子密度分布下的仿真结果。
　　（3）开展等离子体中三波非线性效应时域算法研究。为了更直观地分析非线性电流项，釆用JEC-FDTD方法进行计算；同时，为了节约计算时间，在C＃环境下结合CUDA实现并行编程。最后，对RAMC实际等离子体电子密度分布下的非线性效应进行分析，并与频域的计算结果相对比，分析三波非线性效应的实际应用条件。
　　论文的分析可为三波非线性效应抑制“黑障”系统确定关键技术参数，包括泵源功率、频率、安装位置/方式的需求，为系统方案的设计和工程应用提供理论依据。

目录

声明

1 前言

1.1 背景意义

1.2 发展概况

1.3 本论文的主要贡献与创新

1.4 内容章节安排

2 等离子体三波非线性理论

2.1 等离子体基本参数

2.2 等离子体中的磁流体方程

2.3 电磁波在等离子体中的传播

2.4 等离子体与电磁波作用过程的建模

2.5 本章小结

3.1 等离子鞘模型

3.2 波的互作用理论

3.3 频域算法验证及转换效率计算方法

3.4 本章小结

4 JEC-FDTD方法分析三波非线性效应

4.1 JEC-FDTD方法介绍

4.2 JEC-FDTD方法计算非线性电流

4.3 算法的优化及最终的离散表达式

4.4 计算方法的有效性验证

4.5 计算结果处理

4.6 本章小结

5三波非线性效应影响因素分析

5.1 频域计算方法分析三波非线性的影响因素

5.2 时域仿真分析计算

5.3两种算法仿真结果对比及各自优缺点分析

5.4 实际应用条件分析

5.5 本章小结

6 发展与展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文