CN113029493B - 风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，包括：搭建测量系统；在风洞爆轰子系统的风洞内部放置目标；根据预估气流速度设置收发子系统的参数；开启风洞爆轰子系统，将风洞内抽真空；利用收发子系统测量并获取目标在真空环境下的静态回波数据；注入测量气体以及助推用爆轰气体；通过点火子系统点火在风洞内形成爆轰测量环境，利用收发子系统测量并获取目标在爆轰测量环境下的测量状态回波数据；根据得到的静态回波数据和测量状态回波数据分析目标等离子鞘套多普勒效应。本发明适用于利用风洞模拟高空高速环境下，目标等离子鞘套多普勒效应的测量。
Description
技术领域
本发明涉及多普勒效应测量技术领域，尤其涉及一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法。
背景技术
风洞环境是对高速目标再入段的模拟方法之一，是研究高速目标再入段特性的有效测试设备。等离子鞘套多普勒效应则是高速目标再入段特性的研究重点之一。
等离子体产生主要有三种方式：第一、高温灼烧产生；第二、电离产生；第三、高速气流摩擦产生。再入体进入大气层时，等离子的产生方式主要是第三种，等离子鞘套多普勒效应将影响对目标的跟踪探测与识别。但目前现有技术中，对于高速目标再入段等离子鞘套多普勒效应缺乏相应的地面模拟装置与系统性测量方法。
因此，针对以上不足，需要提供一种模拟环境可控且可重复性高的地面模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应测量方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种地面模拟测量方法，满足高速目标再入段多普勒效应影响研究的需求，实现模拟高速目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，该方法采用风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量系统实现，所述测量系统包括收发子系统、点火子系统、风洞爆轰子系统、触发子系统；其中，
所述收发子系统用于发射测量信号和接收回波信号；
所述风洞爆轰子系统用于提供真空环境以及利用充入的测量气体产生爆轰测量环境；
所述点火子系统连接所述风洞爆轰子系统，用于触发所述风洞爆轰子系统点火；
所述触发子系统与所述收发子系统、所述点火子系统、所述风洞爆轰子系统信号连接，用于实现所述收发子系统、所述点火子系统、所述风洞爆轰子系统之间的信号同步；
测量方法包括如下步骤：
S1、搭建所述测量系统；
S2、在所述风洞爆轰子系统的风洞内部放置目标；
S3、根据预估气流速度设置所述收发子系统的参数；
S4、开启所述风洞爆轰子系统，将风洞内抽真空；
S5、利用所述收发子系统测量并获取目标在真空环境下的静态回波数据；
S6、在风洞注入测量气体以及助推用爆轰气体；
S7、通过所述点火子系统点火在风洞内形成爆轰测量环境，利用所述收发子系统测量并获取目标在爆轰测量环境下的测量状态回波数据；
S8、根据得到的静态回波数据和测量状态回波数据分析目标等离子鞘套多普勒效应，建立回波数据频谱移动与风洞内气流速度之间的关系。
优选地，所述收发子系统包括信号源、频谱仪、放大器、收发天线、硬质支撑架和天线罩；所述信号源与所述收发天线连接，用于发射测量信号，所述收发天线通过所述放大器与所述频谱仪连接，用于接收回波信号。
优选地，所述步骤S2中，在所述风洞爆轰子系统的风洞内部放置目标时，将所述目标通过所述硬质支撑架设置在风洞内部的目标区中，并将所述收发天线设置在所述目标内部，在所述目标朝向来流方向的前部设置透波的所述天线罩，所述收发天线通过测量电缆连接风洞外的所述信号源和所述频谱仪。
优选地，所述风洞爆轰子系统包括风洞、爆轰气体混合室、测量气体段、火花塞、气流监测设备、气压监测设备；
所述爆轰气体混合室通过所述测量气体段连通至所述风洞，所述火花塞设置在所述爆轰气体混合室的火花塞安装位上，所述气流监测设备、所述气压监测设备设置在所述测量气体段与所述风洞连接段，所述气流监测设备用于对所述测量气体的流速进行监测，所述气压监测设备用于对所述测量气体的气压进行监测。
优选地，所述点火子系统包括点火器，所述点火器与所述火花塞连接，用于产生点火信号以触发所述火花塞完成点火。
优选地，所述触发子系统包括脉冲延时发生器、数字示波器；
所述脉冲延时发生器与所述数字示波器、所述频谱仪、所述信号源、所述点火器连接，用于给出气流触发信号和延时触发信号；所述数字示波器与所述频谱仪、所述信号源、所述气压监测设备、所述气流监测设备连接，用于记录触发时间、发射测量信号和接收回波信号。
优选地，所述步骤S6中，在风洞的测量气体段注入测量气体，在爆轰气体混合室注入助推用爆轰气体，在风洞内抽真空后，由所述脉冲延时发生器生成触发信号，并同步发送至所述气流监测设备和所述数字示波器，所述气流监测设备开始测量气流流速，所述数字示波器记录气流的触发时间。
优选地，所述步骤S7中，通过所述点火子系统点火在风洞内形成爆轰测量环境时，所述脉冲延时发生器生成延时触发信号，并同步发送至所述点火器、所述信号源、所述频谱仪和所述数字示波器；
所述点火器响应延时触发信号，生成点火信号并发送至所述火花塞，所述数字示波器记录点火的触发时间，所述信号源响应延时触发信号并开始发射测量信号，所述频谱仪响应延时触发信号并开始接收回波信号；
所述气压监测设备输出气压监测信号至所述数字示波器；
所述信号源、所述频谱仪还用于测量结束后输出微波测量完成信号至所述数字示波器，所述数字示波器根据微波测量完成信号记录测量完成的时间。
优选地，所述步骤S3中，根据预估气流速度设置所述收发子系统的参数时，设置所述信号源发射测量信号为点频信号，根据预估气流速度设置所述频谱仪的接收中心频率，并设置所述频谱仪的接收带宽至少为50MHz。
优选地，所述测量方法还包括：
S9、对风洞放气至常规大气压，并进行测量后清理。
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，该方法采用风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量系统实现，测量系统包括收发子系统、点火子系统、风洞爆轰子系统、触发子系统，通过将目标放置在风洞爆轰子系统的风洞内部，在地面模拟高速目标再入段等离子鞘套多普勒效应，研究气流速度(飞行速度)对目标等离子鞘套多普勒效应的影响。本发明能够实现模拟环境可控且可重复性高的地面模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应测量，填补了现有技术的空白。
附图说明
图1是本发明实施例中一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法步骤示意图；
图2是本发明实施例中一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量系统结构示意图；
图3是本发明实施例中一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量系统中目标设置示意图。
图中：101：信号源；102：收发天线；103：频谱仪；104：放大器；105：天线罩；106：硬质支撑架；201：风洞；202：爆轰气体混合室；203：火花塞；204：气流监测设备；205：气压监测设备；301：点火器；401：脉冲延时发生器；402：数字示波器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，该方法采用风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量系统实现。如图2和图3所示，具体地，该测量系统包括收发子系统、点火子系统、风洞爆轰子系统、触发子系统；其中，
收发子系统用于发射测量信号和接收回波信号；
风洞爆轰子系统用于提供真空环境以及利用充入的测量气体产生爆轰测量环境；
点火子系统连接风洞爆轰子系统，用于触发风洞爆轰子系统点火，以形成爆轰测量环境；
触发子系统与收发子系统、点火子系统、风洞爆轰子系统信号连接，用于实现收发子系统、点火子系统、风洞爆轰子系统之间的信号同步。
该测量方法具体包括如下步骤：
S1、搭建测量系统；
S2、在风洞爆轰子系统的风洞201内部放置目标；
S3、根据预估气流速度设置收发子系统的参数；
S4、开启风洞爆轰子系统，将风洞201内抽真空；
S5、利用收发子系统测量并获取目标在真空环境下的静态回波数据；
S6、在风洞201注入测量气体以及助推用爆轰气体；
S7、通过点火子系统点火在风洞201内形成爆轰测量环境，利用收发子系统测量并获取目标在爆轰测量环境下的测量状态回波数据；
S8、根据得到的静态回波数据和测量状态回波数据分析目标等离子鞘套多普勒效应，建立回波数据频谱移动，即测量状态回波数据相对于静态回波数据的频谱移动，与风洞201内的气流速度之间的关系。
优选地，收发子系统包括信号源101、频谱仪103、放大器104、收发天线102、硬质支撑架106和天线罩105。其中，收发天线102、天线罩105的尺寸应匹配，天线罩105需可覆盖收发天线102，且二者整体需可放进风洞。
信号源101与收发天线102连接，用于发射测量信号，收发天线102通过放大器104与频谱仪103连接，用于接收回波信号。
优选地，步骤S2中，在风洞爆轰子系统的风洞201内部放置目标时，将目标通过硬质支撑架106设置在风洞201内部的目标区中，并将收发天线102设置在目标内部，优选靠近后方设置，在目标朝向来流方向的前部设置透波的天线罩105，收发天线102通过测量电缆连接风洞201外的信号源101和频谱仪103。通过将收发天线102设置在目标内部，使天线102主瓣对准来流方向，从而保证多普勒效应测量中径向速度要求，设置透波的天线罩105能够保证由天线102辐射出的测量信号可以穿透天线罩，照射在测试气流上形成回波信号。
优选地，步骤S3中根据预估气流速度设置收发子系统的参数时，设置信号源101发射测量信号为点频信号，根据预估气流速度设置频谱仪103的接收中心频率，并设置频谱仪103的接收带宽至少为50MHz，可以保证多普勒频移信号在频谱仪采集频率范围内。
优选地，如图2所示，风洞爆轰子系统包括风洞201、爆轰气体混合室202、测量气体段、火花塞203、气流监测设备204、气压监测设备205；
爆轰气体混合室202通过测量气体段连通至风洞201，火花塞203设置在爆轰气体混合室202的火花塞安装位上，气流监测设备204、气压监测设备205设置在测量气体段与风洞连接段，气流监测设备204用于对测量气体的流速进行监测，气压监测设备205用于对测量气体的气压进行监测。
优选地，点火子系统包括点火器301，点火器301与火花塞203连接，用于产生点火信号以触发火花塞203完成点火。
优选地，触发子系统包括脉冲延时发生器401、数字示波器402；其中，脉冲延时发生器401与数字示波器402、频谱仪103、信号源101、点火器301连接，用于给出气流触发信号和延时触发信号；数字示波器402与频谱仪103、信号源101、气压监测设备205、气流监测设备204连接，用于记录触发时间、发射测量信号和接收回波信号。
优选地，步骤S6中，在风洞201的测量气体段注入测量气体，在爆轰气体混合室注入助推用爆轰气体，在风洞内抽真空后，由脉冲延时发生器401生成触发信号，并同步发送至气流监测设备204和数字示波器402，气流监测设备204开始测量气流流速，数字示波器402根据气流触发信号记录气流的触发时间。
优选地，步骤S7中，通过点火子系统点火在风洞201内形成爆轰测量环境时，脉冲延时发生器401生成延时触发信号，并同步发送至点火器301、信号源101、频谱仪103和数字示波器402；
点火器301响应延时触发信号，生成点火信号并发送至火花塞203，数字示波器402根据延时触发信号记录点火的触发时间，信号源101响应延时触发信号并开始发射测量信号，频谱仪103响应延时触发信号并开始接收回波信号，收发天线接收的回波经放大器后送入频谱仪103，由频谱仪103对接收的回波信号进行频谱分析。气压监测设备205输出气压监测信号至数字示波器402。信号源101、频谱仪103还用于测量结束后输出微波测量完成信号至数字示波器402，数字示波器402根据微波测量完成信号记录测量完成的时间。
优选地，该风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法还包括：
S9、对风洞201放气至常规大气压，并进行测量后清理。
综上，本发明提供了一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，本发明搭建测量系统，通过信号源发射测量信号，频谱仪接收回波信号，触发子系统实现个子系统间的时间同步，以完成风洞内模拟高空高速环境下的等离子鞘套多普勒效应回波信号的测量，提供了一种模拟高速目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，填补了现有技术的空白。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于：
采用风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量系统实现，所述测量系统包括收发子系统、点火子系统、风洞爆轰子系统、触发子系统；其中，
所述收发子系统用于发射测量信号和接收回波信号；
所述风洞爆轰子系统用于提供真空环境以及利用充入的测量气体产生爆轰测量环境；
所述点火子系统连接所述风洞爆轰子系统，用于触发所述风洞爆轰子系统点火；
所述触发子系统与所述收发子系统、所述点火子系统、所述风洞爆轰子系统信号连接，用于实现所述收发子系统、所述点火子系统、所述风洞爆轰子系统之间的信号同步；
测量方法包括如下步骤：
S1、搭建所述测量系统；
S2、在所述风洞爆轰子系统的风洞内部放置目标；
S3、根据预估气流速度设置所述收发子系统的参数；
S4、开启所述风洞爆轰子系统，将风洞内抽真空；
S5、利用所述收发子系统测量并获取目标在真空环境下的静态回波数据；
S6、在风洞注入测量气体以及助推用爆轰气体；
S7、通过所述点火子系统点火在风洞内形成爆轰测量环境，利用所述收发子系统测量并获取目标在爆轰测量环境下的测量状态回波数据；
S8、根据得到的静态回波数据和测量状态回波数据分析目标等离子鞘套多普勒效应，建立回波数据频谱移动与风洞内气流速度之间的关系；
其中，所述收发子系统包括信号源、频谱仪、放大器、收发天线、硬质支撑架和天线罩；所述信号源与所述收发天线连接，用于发射测量信号，所述收发天线通过所述放大器与所述频谱仪连接，用于接收回波信号；
所述步骤S2中，在所述风洞爆轰子系统的风洞内部放置目标时，将所述目标通过所述硬质支撑架设置在风洞内部的目标区中，并将所述收发天线设置在所述目标内部，在所述目标朝向来流方向的前部设置透波的所述天线罩，所述收发天线通过测量电缆连接风洞外的所述信号源和所述频谱仪；
所述步骤S3中，根据预估气流速度设置所述收发子系统的参数时，设置所述信号源发射测量信号为点频信号，根据预估气流速度设置所述频谱仪的接收中心频率，并设置所述频谱仪的接收带宽至少为50MHz。
2.根据权利要求1所述的风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于：
所述风洞爆轰子系统包括风洞、爆轰气体混合室、测量气体段、火花塞、气流监测设备、气压监测设备；
所述爆轰气体混合室通过所述测量气体段连通至所述风洞，所述火花塞设置在所述爆轰气体混合室的火花塞安装位上，所述气流监测设备、所述气压监测设备设置在所述测量气体段与所述风洞连接段，所述气流监测设备用于对所述测量气体的流速进行监测，所述气压监测设备用于对所述测量气体的气压进行监测。
3.根据权利要求2所述的风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于：
所述点火子系统包括点火器，所述点火器与所述火花塞连接，用于产生点火信号以触发所述火花塞完成点火。
4.根据权利要求3所述的风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于：
所述触发子系统包括脉冲延时发生器、数字示波器；
所述脉冲延时发生器与所述数字示波器、所述频谱仪、所述信号源、所述点火器连接，用于给出气流触发信号和延时触发信号；所述数字示波器与所述频谱仪、所述信号源、所述气压监测设备、所述气流监测设备连接，用于记录触发时间、发射测量信号和接收回波信号。
5.根据权利要求4所述的风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于：
所述步骤S6中，在风洞的测量气体段注入测量气体，在爆轰气体混合室注入助推用爆轰气体，在风洞内抽真空后，由所述脉冲延时发生器生成触发信号，并同步发送至所述气流监测设备和所述数字示波器，所述气流监测设备开始测量气流流速，所述数字示波器记录气流的触发时间。
6.根据权利要求5所述的风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于：
所述步骤S7中，通过所述点火子系统点火在风洞内形成爆轰测量环境时，所述脉冲延时发生器生成延时触发信号，并同步发送至所述点火器、所述信号源、所述频谱仪和所述数字示波器；
所述点火器响应延时触发信号，生成点火信号并发送至所述火花塞，所述数字示波器记录点火的触发时间，所述信号源响应延时触发信号并开始发射测量信号，所述频谱仪响应延时触发信号并开始接收回波信号；
所述气压监测设备输出气压监测信号至所述数字示波器；
所述信号源、所述频谱仪还用于测量结束后输出微波测量完成信号至所述数字示波器，所述数字示波器根据微波测量完成信号记录测量完成的时间。
7.根据权利要求1所述的风洞内模拟目标再入段等离子鞘套多普勒效应的测量方法，其特征在于，还包括：
S9、对风洞放气至常规大气压，并进行测量后清理。
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2021
- 2021-03-10 CN CN202110258800.3A patent/CN113029493B/zh active Active
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112135408A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-25 | 北京卫星环境工程研究所 | 一种等离子体风洞的等离子体参数测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 等离子包覆目标雷达探测中的幅相处理方法;周亚刚;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》;20180415(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113029493A (zh) | 2021-06-25 |
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