近年来,随着各世界强国对临近空间研究的不断深入,高超声速飞行器作为开发利用临近空间的重要载体,其凭借飞行速度快、快速变轨和全球快速到达等优点越来越受到世界各国的高度重视。但飞行器在高速飞行时,其表面会覆盖一层等离子鞘套,等离子鞘套会干扰飞行器与地面基站之间正常的信号传输,严重影响了飞行安全。目前解决此问题的方法主要有三类:降低传输速率、提高传输频率和通过干预机制降低鞘套电子密度。但是等离子体参数的动态性和链路难以建立有效反馈回路的特性导致上述三类方法在等离子鞘套信道中具有一定的应用局限性。通过理论研究和实验验证发现在等离子鞘套出现的初始阶段,通信链路并没有完全中断,只是传统的通信方式由于较高的误码率而使链路处于一种“通不好”的状态。另外,研究还发现等离子体在时域上的动态抖动和在空域上的非均匀分布导致信道中存在很多“通信窗口”,这为延长等离子鞘套下的可通信时间提供了可能。针对等离子鞘套的上述特性,本文从空时域协同和自适应编码新技术入手开展了以下研究:首先从理论角度分析了等离子鞘套对电磁波传输的影响。其次,研究了等离子鞘套传输环境中信道容量的估计方法。最后,针对等离子信道空时域特点设计了分级喷泉码、短帧喷泉码和空时喷泉码三种新的自适应编码形式。本文的主要研究内容和贡献点如下:1.针对等离子鞘套信道难以建立有效反馈回路的特点,提出了一种利用发射天线驻波比进行信道容量估计的方法。在稳态等离子鞘套模型中,理论推导了电磁波在等离子鞘套处的反射系数与透射系数,并通过反射系数与透射系数之间的负相关特性建立了发射天线驻波比与信道容量之间的关系。通过理论分析与仿真、实验验证的方法,验证了不同频率比下,驻波比与信道容量之间的关系;在动态等离子鞘套模型中,以角度调制信号在正弦抖动的等离子信道中传输为例进行分析,建立了动态等离子信道传输模型,采用理论推导和仿真验证的方法,从信道容量的角度分析了等离子的动态性对角度调制信号的影响。2.针对等离子鞘套的大尺度模型中电子密度变化缓慢的特点,为了提高关键信息传输的可靠性,提出了一种自适应分级喷泉码的通信方法。研究了通过混合度分布函数实现信息不等差错保护的方法,讨论了信道条件变化时信息分级的调整规则。建立了分级喷泉码在再入飞行器遥测信道中的传输模型,仿真和实验结果表明分级喷泉码可实现关键信息在等离子鞘套中的最优传输。3.针对等离子鞘套的中尺度动态抖动模型和干预机制下的等离子鞘套信道在时域上会存在很多“通信窗口”的特点,从信道时域资源的最大化利用入手,提出了一种自适应短帧喷泉码的通信方法。分析了含有“通信窗口”的等离子信道的特殊性及短帧喷泉码对该种信道的适应性,讨论了短帧喷泉码的编译码方法,推导了编码参数与“通信窗口”之间的关系及各参数对通信性能的影响,讨论了驻波比变化时短帧喷泉码各参数自适应调整的规则。建立了短帧喷泉码在再入飞行器遥测信道中的传输模型,仿真和实验结果表明短帧喷泉码可利用等离子鞘套在时域上的时隙资源进行有效的信息传输。4.针对飞行器迎背风面等离子鞘套分布的差异会导致信道在空域上出现很多“通信窗口”的特点,为了充分利用这些常规测控通信方法无法利用的有限空域信道资源,本文在分级喷泉码和短帧喷泉码的基础上提出了一种自适应空时喷泉码的通信方法。分析了等离子鞘套下多天线系统的信道容量,设计了等离子鞘套下空时喷泉码的编码方法,讨论了空时喷泉码在无反馈回路的单向传输链路中分集和复用的自适应切换方法。建立了等离子鞘套传输环境下的多通道下行通信链路模型,仿真结果表明空时喷泉码可利用多条链路上的时隙资源进行有效的信息传输。综上所述,本文的研究成果为等离子鞘套信道中空时域资源的充分利用和等离子鞘套信道“通不好”问题的解决提供了一种新的途径。