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临近空间高超声速飞行器所具有的“长时间、高机动、高存活率和高超声速等特点”，使其成为极其适合的的雷达搭载平台。然而，高超声速飞行器在飞行过程中与空气剧烈摩擦，形成等离子鞘套。当高超声速飞行器载雷达进行应用时，特别是进行目标探测时，必须要考虑等离子鞘套对高超声速飞行器载雷达目标探测的影响。雷达信号在等离子鞘套中的传输特性的研究是等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达应用的前提与基础。等离子鞘套会对雷达信号产生幅度衰减、相位调制、色散等效应。雷达信号的畸变会严重影响目标探测，给测向、测距带来新的挑战与困难，严重制约着等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达的应用。因此，本文提出雷达信号在稳态等离子体和时变等离子中的计算方法，分析了等离子鞘套对雷达信号畸变影响规律;提出了一种从电磁波到信号的跨域仿真计算等离子鞘套包覆下高超声速飞行器载阵列天线来波方向的方法，深入分析了等离子鞘套对来波方向估计的影响，并提出了来波方向估计误差的补偿方法;建立了稳态和时变等离子体作用下的脉冲压缩和相参积累模型，对等离子鞘套下脉冲压缩和相参积累进行了深入的研究。并且建立了等离子鞘套和脉内运动共同作用下的高超声速飞行器载雷达测距模型，提出了测距误差补偿方法。本文的主要研究内容和贡献如下：
1、提出雷达信号在稳态和时变等离子体中的传输的计算方法，研究了稳态和时变等离子体造成的脉内失真和频谱展宽现象。提出了一种计算线性调频信号在稳态等离子体中传输的FDTD-IFFT电磁计算方法，并搭建线性调频信号经过稳态等离子体地面实验，把理论计算的结果和实验结果进行对比验证。研究了线性调频信号在稳态等离子体中传输时的脉内失真现象，研究发现当载频和等离子体截止频率相接近时，脉内失真最严重。提出了基于瞬时频率结合传输线方法的雷达信号在时变等离子体中传输的计算方法，并通过线性调频信号在时变等离子体中传输的地面实验验证了计算方法的正确性。研究发现新产生的不同频带的频率间隔和电子密度的振荡频率相一致，而新产生的频带带宽和原信号带宽相一致。所提出的雷达信号在稳态和时变等离子中的计算方法为之后等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达目标探测的研究奠定了基础。
2、针对等离子鞘套包覆下高超声速飞行器载阵列天线来波方向的估计提出了一种从电磁波到信号的跨域仿真计算方法，提出了一种基于电磁仿真计算的等离子鞘套下阵列天线测向误差补偿方法。采用有限时域积分法计算包覆有等离子鞘套的飞行器上阵列天线阵元处的幅度和相位，通过空间谱估计算法得到等离子鞘套下的来波方向，计算DOA估计误差。研究发现当等离子鞘套作用下会产生幅相误差，空间谱的峰值大小大为减小，空间谱峰值变得平坦不尖锐，产生测向误差。随后本文提出一种基于电磁仿真计算的等离子鞘套下阵列天线测向误差补偿方法，首先计算在没有等离子鞘套时信号以某特定入射角入射时阵列天线各个阵元接收到的信号幅度和相位，然后计算有等离子鞘套时各个阵元接收到的信号幅度和相位，获得等离子鞘套造成的幅度和相位误差。计算不同方向入射时的幅度和相位误差，将不同的幅相误差带入到校正公式，经过补偿后谱峰值最大时的入射方向即为来波方向。通过实验发现该方法在较低信噪比时仍然可以补偿DOA估计误差。
3、建立了等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达测距模型，提出了高超声速飞行器载雷达测距误差补偿方法。首先建立了稳态等离子鞘套下脉冲压缩模型，该模型考虑了等离子鞘套对雷达信号发射和接收时两次畸变效应。研究发现稳态等离子鞘套会造成脉冲压缩峰值位置平移的现象，当入射角较大时，产生测距误差,并且碰撞频率越小，测距误差越大。其次建立了时变等离子鞘套作用下的脉冲压缩模型，研究发现时变等离子鞘套造成的脉内调制是造成脉冲压缩结果畸变现象的原因。接着建立了时变等离子鞘套作用下的相参积累模型，发现时变等离子鞘套会造成雷达回波脉内幅度和相位随时间变化而不同脉冲间幅相变化规律不一致，导致各脉冲间的相参性严重被影响，产生相参积累结果多假目标现象，而在小碰撞频率和大入射角的情况下以及雷达信号载频接近等离子鞘套的截止频率时，相参积累结果出现多假目标现象最严重。最后建立了等离子鞘套和脉内运动共同作用下的雷达测距模型，并通过结合两个典型的高超声速飞行器飞行的状态，分析了考虑不同因素下的测距误差。为了补偿高超声速飞行器载雷达测距误差，本文提出了一种采用FIR滤波器校正等离子鞘套造成的相位畸变并结合MPD匹配滤波器对脉内运动进行校正的联合校正方法，在所测电子密度存在一定误差的情况下对测距误差仍有较好的校正效果。
综上所述，本文提出雷达信号在稳态和时变等离子体中传输的计算方法，研究了雷达信号在稳态和时变等离子体中的传播特性，提出了等离子鞘套包覆下高超声速飞行器载阵列天线来波方向估计的仿真计算方法，建立了等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达测距模型。本文的研究可为之后研究提供一定的理论基础和实验数据，并且对于高超声速飞行器载雷达的应用提供理论参考，具有重要意义。
1、提出雷达信号在稳态和时变等离子体中的传输的计算方法，研究了稳态和时变等离子体造成的脉内失真和频谱展宽现象。提出了一种计算线性调频信号在稳态等离子体中传输的FDTD-IFFT电磁计算方法，并搭建线性调频信号经过稳态等离子体地面实验，把理论计算的结果和实验结果进行对比验证。研究了线性调频信号在稳态等离子体中传输时的脉内失真现象，研究发现当载频和等离子体截止频率相接近时，脉内失真最严重。提出了基于瞬时频率结合传输线方法的雷达信号在时变等离子体中传输的计算方法，并通过线性调频信号在时变等离子体中传输的地面实验验证了计算方法的正确性。研究发现新产生的不同频带的频率间隔和电子密度的振荡频率相一致，而新产生的频带带宽和原信号带宽相一致。所提出的雷达信号在稳态和时变等离子中的计算方法为之后等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达目标探测的研究奠定了基础。
2、针对等离子鞘套包覆下高超声速飞行器载阵列天线来波方向的估计提出了一种从电磁波到信号的跨域仿真计算方法，提出了一种基于电磁仿真计算的等离子鞘套下阵列天线测向误差补偿方法。采用有限时域积分法计算包覆有等离子鞘套的飞行器上阵列天线阵元处的幅度和相位，通过空间谱估计算法得到等离子鞘套下的来波方向，计算DOA估计误差。研究发现当等离子鞘套作用下会产生幅相误差，空间谱的峰值大小大为减小，空间谱峰值变得平坦不尖锐，产生测向误差。随后本文提出一种基于电磁仿真计算的等离子鞘套下阵列天线测向误差补偿方法，首先计算在没有等离子鞘套时信号以某特定入射角入射时阵列天线各个阵元接收到的信号幅度和相位，然后计算有等离子鞘套时各个阵元接收到的信号幅度和相位，获得等离子鞘套造成的幅度和相位误差。计算不同方向入射时的幅度和相位误差，将不同的幅相误差带入到校正公式，经过补偿后谱峰值最大时的入射方向即为来波方向。通过实验发现该方法在较低信噪比时仍然可以补偿DOA估计误差。
3、建立了等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达测距模型，提出了高超声速飞行器载雷达测距误差补偿方法。首先建立了稳态等离子鞘套下脉冲压缩模型，该模型考虑了等离子鞘套对雷达信号发射和接收时两次畸变效应。研究发现稳态等离子鞘套会造成脉冲压缩峰值位置平移的现象，当入射角较大时，产生测距误差,并且碰撞频率越小，测距误差越大。其次建立了时变等离子鞘套作用下的脉冲压缩模型，研究发现时变等离子鞘套造成的脉内调制是造成脉冲压缩结果畸变现象的原因。接着建立了时变等离子鞘套作用下的相参积累模型，发现时变等离子鞘套会造成雷达回波脉内幅度和相位随时间变化而不同脉冲间幅相变化规律不一致，导致各脉冲间的相参性严重被影响，产生相参积累结果多假目标现象，而在小碰撞频率和大入射角的情况下以及雷达信号载频接近等离子鞘套的截止频率时，相参积累结果出现多假目标现象最严重。最后建立了等离子鞘套和脉内运动共同作用下的雷达测距模型，并通过结合两个典型的高超声速飞行器飞行的状态，分析了考虑不同因素下的测距误差。为了补偿高超声速飞行器载雷达测距误差，本文提出了一种采用FIR滤波器校正等离子鞘套造成的相位畸变并结合MPD匹配滤波器对脉内运动进行校正的联合校正方法，在所测电子密度存在一定误差的情况下对测距误差仍有较好的校正效果。
综上所述，本文提出雷达信号在稳态和时变等离子体中传输的计算方法，研究了雷达信号在稳态和时变等离子体中的传播特性，提出了等离子鞘套包覆下高超声速飞行器载阵列天线来波方向估计的仿真计算方法，建立了等离子鞘套下高超声速飞行器载雷达测距模型。本文的研究可为之后研究提供一定的理论基础和实验数据，并且对于高超声速飞行器载雷达的应用提供理论参考，具有重要意义。