飞行器以高超声速再入大气层时会在飞行器周围产生等离子鞘套,等离子鞘套对再入体与地面控制站以及再入体与空间卫星的无线电通信产生巨大的影响,使导航测控信号功率急剧衰减,严重时会造成再入体与地面站或卫星之间的通信中断,形成“黑障”。研究等离子鞘套对导航测控信号的影响规律并设法减弱或消除“黑障”效应,是高超声速飞行器再入飞行急需解决的技术关键。本文在国家863计划支持下对上述问题展开研究。采用电磁场数值计算方法分析了等离子鞘中的电波传播特性;结合卫星导航信号模拟技术,对等离子鞘信道进行数学建模,分析等离子鞘对卫星导航性能的影响;研究了波束形成技术用于抑制等离子鞘“黑障”效应的性能及可行性。论文的主要内容和创新点如下:在介绍等离子体中电波传播理论基础上,详细描述了基于解析近似的散射矩阵（Scattering Matrix Method,SMM）方法。针对传统FDTD算法受Courant约束条件的限制导致计算步长较小的问题,首次把基于拉盖尔展开的无条件稳定FDTD（Unconditionally Stable For the Finite-Difference Time-Domain,US-FDTD）用于等离子体中电波传播的计算,该算法在确保计算精度的同时,大幅度减小了计算时间,提高了复杂电子密度分布等离子鞘中电波传播的仿真效率,为论文的后续研究提供了有效的仿真工具。研究了等离子鞘对卫星导航传播特性及对卫星导航接收机性能的影响。针对不同的等离子鞘分布模型,采用不同的电磁场数值仿真方法（US-FDTD、SMM、FDTD等）,分析了等离子鞘套对导航测控信号幅度、相位及群时延等特性的影响;提出了利用电波传播的电磁场仿真结果进行等离子鞘传输信道建模的方法,并对该方法进行了仿真验证;利用等离子鞘信道模型,结合卫星信号模拟和接收技术,分析了等离子鞘套对卫星导航接收机载噪比和定位精度的影响。仿真结果表明:等离子鞘对信号的衰减导致卫星接收信号的载噪比下降,定位误差增大;等离子鞘引起的群延时变化直接影响伪距测量精度,增加定位结果误差。最后,利用该方法,仿真分析了RAM C III和背景飞行器等离子鞘对卫星导航接收机性能的影响。为了利用波束形成技术增强卫星信号接收功率,达到减弱等离子鞘影响的作用,对波束形成的关键技术进行了系统研究。首先,对不同的波束形成准则,包括:最小均方误差准则、最大输出信干噪比准则和最小方差准则,进行了理论分析与仿真比较;在此基础上,理论分析并仿真比较了最小均方算法、递归最小二乘算法、线性约束最小方差和旁瓣相消器等几种不同数字波束形成算法的性能,综合考虑波束形成方向的准确性及算法需要考虑的其它因素,选择LCMV算法作为等离子鞘下波束形成算法;最后,对波束形成技术的天线阵布局进行了优化设计,结果显示,在相同阵元个数条件下,圆阵的波束形成效果最好。仿真分析了阵列天线波束形成技术抑制等离子鞘的可行性。提出了一种结合电波传播的电磁场仿真结果和阵列信号的波达方向估计技术,进行等离子鞘对卫星导航信号传播方向及多径效应影响分析的方法;利用该方法分析结果显示,等离子鞘对卫星信号来波方向影响不大,但在其它方向存在严重的多径信号;该结果表明,波束形成可用于提高信号来波方向增益,同时抑制其它方向的多径信号。采用电磁场数值仿真技术分析等离子鞘对阵列天线耦合参数的影响;提出结合电磁场数值仿真技术与波束形成技术,进行等离子鞘对波束形成结果影响分析的方法;仿真结果显示,等离子鞘密度较小时,对天线间耦合和波束形成方向影响不大,但合成波束方向的增益会随电子密度的增加而降低,当等离子鞘密度达到101 8m-3时,阵列天线已无法在指定方向形成波束,波束形成技术不再有效。最后,进行了等离子鞘对电波传播及卫星导航性能影响的实验研究。等离子体对信号传播特性的研究结果显示:信号幅度衰减随电子密度的增加而增加,实测结果与理论仿真结果一致,验证了数值仿真的正确性;对卫星导航接收机性能影响的实验再现了“黑障”现象,实验显示:随着等离子体电子密度的增加,接收机载噪比不断下降,最终导致卫星信号失锁,接收机不能正常定位,出现“黑障”现象。