等离子体透波模拟测试系统关键技术研究

摘要

随着人类对宇宙探索的不断深入及科学技术的快速发展，临近空间“黑障”问题成为一项急切需要解决的问题。从美苏宇宙探索中遇到该问题至今，人类就对此作了不懈的探索和研究，从理论到实践。大多数都是研究等离子体特性本身，或采用现有测试设备对等离子体进行测试，针对等离子体的的综合性测试设备却很少有学者进行报道。基于此，设计一套针对等离子体透波特性研究的测试设备成为亟待解决的问题。 首先，本文对等离子体造成的“黑障”问题做了简要介绍，然后对国内外针对该问题进行的研究做了相关调研，并重点对国内外学者在实验室中对等离子体的测试现状做了研究，并基于此给出一套宽带软件可定义透波测试系统方案并做理论分析。 其次，在理论分析的基础上本论文给出了一款软件可定义的T/R组件，该T/R组件能够覆盖HF、L、S频段，并具有灵活的可扩展性和软件可定义性。该T/R组件的发射机工作在调制模式下最高可达到发射功率 23dBm，工作在点频模式和低速扫频模式时，最高可达30dBm的发射功率。该T/R组件的接收机具有宽频带低噪声系数的特性。此外，本文还为该T/R组件设计了配套的天线方案，并加工实测部分天线指标。 再次，本论文给出了一种相参时钟源的设计方案，最终实现了系统所需的全局数字时钟、射频本振时钟以及ADC采样时钟，其具有极好的相位噪声和频率稳定度，为系统实现优异的指标做保障。同时针对跳频调频源，本文给出了采用DDS+FPGA方案，并设计加工测试，实现了高速调频跳频源的设计，其具有调频精度高、幅相控制精度高、同时具有多种数字调制模式。考虑到等离子体对电磁波的衰减动态范围大，本文给出了一种高速、高动态范围ADC+FPGA+FLASH数据采集存储方案。 从次，本文给出针对统筹系统控制、监视、信道选择、增益控制、信号采集和存储的上位机程序设计。控制界面采用LabVIEW软件设计，控制指令和时序采用NI的FPGA板卡，通过LabVIEW FPGA模块进行界面设计，最终实现全局控制、界面友好并具有灵活的可重定义特性。 最后，通过荧光灯管来模拟等离子层，并开展了部分等离子透波特性测试。

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