[发明专利]一种时变等离子体等效分层介质模型建模方法

说明书

本发明公开了一种时变等离子体等效分层介质模型建模方法，包含以下过程：采用等值面提取算法对高超声速目标绕流流场数据进行分析，获取等离子体等电子数密度廓面信息。利用所述等离子体等电子数密度廓面将临近空间超高声速目标绕流流场区域划分为边界层与普通层，并对各层等离子体所对应的特征频率、介电常数进行求解，建立等离子体的等效分层介质模型。本发明具有实现对等离子体动态时变特性的描述，简化了后续电磁特性求解运算，极大的扩展了适用范围的优点。

技术领域

本发明涉及电磁散射建模领域，特别涉及一种时变等离子体等效分层介质模型建模方法。

背景技术

当超高速目标运行于稀薄大气层内时，由于强烈的激波压缩和粘性摩擦作用，其周围的温度迅速升高，使空气发生离解和电离，形成包覆目标的激波等离子体。再入目标包覆的等离子体是不均匀的弯曲等离子体层，同时，其边界层存在湍流现象，由此引起的等离子鞘套参数具有时变特性。电磁波在这种时变非线性等离子体中传播时，会呈现出频率漂移、非线性幅度衰减、电磁波断裂等非线性现象。因此，针对激波等离子体包覆目标的散射传输建模需求，建立逼真的时变等离子体等效分层介质模型，具有重要意义。目前，对于均匀等离子体等效介质模型的研究已日趋完善，而对于稀薄大气层内超高速目标激发的时变非均匀等离子体等效分层介质模型建模方法则有待发展。

对现有技术进行了国内外数据库的检索，在国家发明专利“一种电磁环境体数据等值面提取方法”(申请号：201310258955.2)中提出了一种高效的电磁环境等值面提取方法。该方法通过将电磁环境数据按照八叉树的结构进行存储，通过遍历八叉树，找出含有等值面的体素，实现对等值面的提取，但是无法对以不规则点云形式存储的电磁环境体数据进行等值面提取。

在国家发明专利“高超声速飞行器等离子体鞘套与电磁波相互作用预测方法”(申请号：201611033297.7)中提出了一种基于等离子体鞘套分层模型的等离子体电磁传播预测方法。该方法实质是通过平行分层结构模拟非均匀等离子体的空间分布，并通过传输矩阵方法实现等离子体透射的计算，但是平行分层结构无法实现对等离子体分布的逼真模拟，将引入很大误差。

在国家发明专利“一种基于分层结构的动态等离子鞘套电子密度建模方法”(申请号：201710052765.3)中公开了一种基于分层结构的动态等离子鞘套电子密度建模方法。该方法通过时空电子密度矩阵来实现对动态等离子体鞘套参数的存储，对内存需求较大，后续电磁传输计算复杂。

2014年《IEEE Transactions on Plasma Science》期刊中公开的文献《Effectsof Reentry Plasma Sheath on the Polarization Properties of Obliquely IncidentEM waves》介绍了一种非均匀等离子体等效介质模型建模方法。该方法可将再入飞行器等离子体鞘套等效为多层平行分层的介质，但是在等离子体分布情况比较复杂时，平行分层处理会引入很大误差。

2015年《真空科学与技术学报》期刊中公开的论文《大面积等离子体片分层现象的实验研究》介绍了一种用等离子体片分层模型等效非均匀等离子体分布的方法。该方法实质仍是采用多层平行分层模型来实现对非均匀等离子体模拟，将引入很大误差。

针对稀薄大气层内目标高超声速运动所激发的等离子体鞘套，为了对其电磁特性进行建模需建立其等效介质模型，目前多采用多层平行分层介质来实现对非均匀分布的等离子体鞘套的模拟。该方法虽然简化了后期电磁特性仿真的难度，但是采用的平行分层模型属于一种近似，与真实的等离子体鞘套相比存在很大误差。因此，现有技术方案的适用性受到很大限制。

发明内容