在临近空间（20-100 km）,再入高超音速飞行器周围会产生等离子体鞘套。等离子体鞘套是一种复杂的电磁环境,受复杂电磁环境和信道传输特性影响,信号会被反射和吸收,最终产生衰减,甚至完全被屏蔽,形成“黑障”现象。目前引起广泛关注的缓解“黑障”效应的方法主要有极高频（EHF）通信和“磁窗法”等。对于EHF通信,有两种常用的方式:一是尽可能的提高信号频率以提高EHF信号在等离子体鞘套中的透射率,但是高频信号在大气中的衰减比较大;二是采用辅助方法以降低所需的EHF信号频率,减小EHF信号在大气中的衰减,比如结合“磁窗法”。EHF通信方面,已有研究较好解决了EHF信号在静态等离子体鞘套中的传播等问题。但是,对于EHF信号在动态时变等离子体鞘套中的传播性能的认识还很不足。此外,已有的“磁窗法”研究结果表明,外加强磁场可提高信号透射率。然而,磁化等离子体鞘套对通信性能的影响如何?磁化等离子体鞘套对信号调制方式是否具有约束性和选择性?对这些问题的认识基本处于空白状态。针对综合EHF通信和“磁窗法”的研究思路的已有工作,主要集中在物理层面:研究器载天线位置、飞行高度、飞行速度、电磁波入射角、大气环境、磁场等因素对EHF信号的透射率的影响,很少从通信的角度进行深入的研究,比如没有考虑透射信号的相移、信号的调制方式、信号的编码方式、BER性能等因素对缓解“黑障”的通信系统会产生哪些影响,而这些因素对缓解“黑障”的通信系统的影响是巨大的。针对上述问题,本文建立了再入高超音速飞行器等离子体鞘套的时变模型,在此基础上分别研究了在特定航行条件下再入高超音速飞行器时变等离子体鞘套中EHF调制信道的时空变化特性,并对EHF通信结合“磁窗法”缓解“黑障”的方案,从调制模式、载波频率、编码方式、器载天线位置等方面提出了建议,设计一种适合再入飞行器的合理的信号体制,完善利用EHF信号和“磁窗法”削弱黑障对通讯影响的新方法。取得的主要研究结果如下:1、深入研究了通过求解单流体多组分模型得到的再入高超音速飞行器等离子体鞘套的动力学模型,模拟了特定航行条件下的等离子体鞘套结构。通过对等离子体鞘套的各种参数:电子密度、质量密度、温度、电子碰撞频率和等离子体频率的时变特性研究,分析了通信可用频带和天线安装位置对通信性能的影响。结果表明,EHF频段用于再入飞行器通信是完全可行的,当飞行器侧边有足够空间安装天线时,天线安装在侧边靠近尾部的区域可以获得更好的性能,而当天线安装在尾部时,信道与飞行器底部夹角设置为50°至60°时可以取得更佳的通信性能。2、研究了钝锥和尖锥再入飞行器时变非磁化等离子体鞘套中EHF电磁波传播模型,分别对钝锥和尖锥再入飞行器侧边以及钝锥再入飞行器尾部信道中EHF信号的透射率和透射信号的相移的时变特性等进行了分析。结果发现,对钝锥再入飞行器来说,侧边信道的EHF信号的透射率随着器载天线的后移而变大;尾部信道的EHF信号的透射率随着信道与飞行器底部的夹角的增大而变大。对尖锥再入飞行器来说,侧边信道中EHF信号的透射率在鞘套演化前期随着器载天线的后移而变大,后期侧边靠近中部的信道的EHF信号的透射率最大。在特定信道下,EHF信号的透射率都随着载波频率的变大而变大。钝锥和尖锥再入飞行器侧边以及钝锥再入飞行器尾部信道中EHF透射信号的相移的时变特性各不相同,没有显著的规律。3、建立了2ASK/2PSK/NC-2FSK/4QAM/8PSK/8QAM/16QAM调制的EHF信号在时变等离子体鞘套中的通信仿真系统,研究了上述调制方式的EHF信号在钝锥再入飞行器的侧边和尾部时变等离子体鞘套信道中传播的误码率（BER）时变特性,并研究了采用基础调制方式（2ASK/2PSK/NC-2FSK）的EHF信号在尖锥再入飞行器的侧边时变等离子体鞘套信道中传播的BER时变特性。研究发现:低进制的相移调制（2PSK/4QAM）结合载波频率140 GHz或225 GHz可以获得更好的通信BER性能。同时也分析了适合在等离子体鞘套中传输的LDPC、LT和RAPTOR三种编码对EHF信号在时变等离子体鞘套中传播特性的影响,结果发现RAPTOR码具有最好的通信BER性能。4、研究了磁化等离子体鞘套中电磁波传播的模型,分析了磁化等离子体鞘套中不同频率的EHF电磁波的传播特性,研究了不同调制方式的EHF信号在钝锥再入飞行器侧边时变磁化等离子体鞘套信道中的BER特性,并研究了磁化等离子体鞘套对调制方式的选择和约束。结果表明,在特定信道和特定载波频率,左旋圆极化EHF电磁波的透射率随着磁场强度的变大而变大,而右旋圆极化EHF电磁波恰恰相反。磁场对左/右旋圆极化EHF电磁波的透射率的影响随着载波频率的升高和天线位置的后移而降低。总体上,对采用单一极化波的2ASK和2PSK来说,采用左旋圆极化的BER性能优于采用右旋圆极化的。另外,由于相移的影响,EHF信号的BER性能并不总是随着磁场强度的增大而更好。采用左旋圆极化模和右旋圆极化模作正交信道的4QAM在飞行器速度在6550 m/s时依然可以在磁化等离子体鞘套中被采用。然而,随着飞行器速度的提升,等离子体参数也随着变大,外部磁场有助于缓解“黑障”,提高通信性能。但此时右旋圆极化模式的EHF电磁波的透射率可能随着磁场的加大被抑制到小于-10d B,在这种情况下,涉及右旋圆极化模的正交调制可能不适合运用在磁化等离子体鞘套中。综上所述,本文将再入高超音速飞行器的等离子体鞘套视为具有时空连续变化特性的介质,较为系统的研究了时变等离子体鞘套中EHF信号的传播特性。完善了结合EHF通信和“磁窗法”来缓解“黑障”问题的技术方案。给出了结合调制模式、载波频率、编码方式、器载天线位置等的参考设计方案。本文研究结果为进一步缓解“黑障”问题提供了易实现的工程参考方案。