大气带电粒子对环境的影响

大气带电粒子是指各种带电微粒，包括大气中的各种带电离子、降水颗粒如雨、雪、冰晶、冰雹等。由于带电离子这样的微粒带电量和体积及其微小，所以单个的微粒不能对静电引信有任何影响，其合成的效果可等效为传导电流的影响。因此，这里研究的带电粒子是指带电量在10-15～10-11C数量级之间，半径在10-4m以上的粒子，这样的单个粒子有可能在静电引信的输出端产生信号。

当引信在空中飞行过程中，大气带电粒子可能以两种方式干扰引信：一种是直接撞击引信探测电极表面；另一种是和引信近距离交会，即开始时逐渐接近引信，达到最近以后逐渐远离。

对直接撞击电极表面的情况，带电粒子的作用过程分两个阶段：

①当带电粒子距离电极表面较近时，带电粒子的电场将在电极表面产生电场扰动并引起电极表面电荷的重新分布而产生响应电流流动，在引信输出端产生信号。对单个带电粒子，其产生电场为：

式中，ε0为空气介电常数，Q为电荷带电量。那么，电场随时间的变化为：

式中，v为粒子和引信的相对接近速度。

②当电荷撞击在电极表面瞬间响应电流达到最大时，引信的探测电极和电路可视为一RC并联电路，如图9-14所示。

图9-14　带电粒子放电模型图(www.xing528.com)

图中C代表探测电极的电容，R为用于检测电流的电阻。带电粒子电荷作用在电极上以后相当于给该RC施加上一初始状态电荷Q0，则RC电路的零输入响应公式为：

如果忽略带电粒子在接近引信电极过程中电荷的变化，应有：

那么，将两阶段的作用过程合成在一起，并令带电粒子接触引信电极的瞬间为时间原点，接触之前的时间为负，且假定典型情况下的Q＝1×10-11C，v＝500m，则一次典型的带电粒子作用应有如图9-15所示的波形图。在带电粒子撞击电极以前，即时间原点以前的时刻，响应按式（9-56）的规律变化；时间原点以后，响应按式（9-57）的规律变化。响应的合成波形便形成一尖脉冲，对这样的信号可采用大脉冲抑制技术抗干扰。图9-16为其响应的频谱图。

此外，当带电粒子不直接撞击电极而在电极一定距离处掠过时，该作用过程与有一定脱靶量的真实目标交会情况相似。但该种交会情况下带电粒子的带电量远远小于真实目标，且带电粒子的作用是持续的，这是识别真实目标和带电粒子的特征。

图9-15　带电粒子对引信的干扰信号波形图

图9-16　干扰信号频谱图