近年来,临近空间高超声速飞行器由于在军事领域的潜在战略价值和在商业通信领域的潜在应用价值,吸引了越来越多的国内外学者的关注。当高超声速飞行器重返地球大气层时,由于飞行器头部的气体被压缩而在飞行器头部形成弓形脱体激波,同时通过与周围空气的剧烈摩擦,飞行器的大量动能转化为热能,导致周围空气温度急剧升高,引起空气各组分之间发生如离解和电离等在内的化学反应。另外,飞行器表面隔热材料在受热情况下出现烧蚀,产生的烧蚀产物随流体流动释放到飞行器周围的流场中。最终,在飞行器周围形成了由大量自由电子、离子和中性粒子组成的等离子体鞘套或再入等离子体。等离子体鞘套是非磁化、低温、弱电离的,在宏观尺度上呈电中性,它影响飞行器与地面基站之间的电磁通信,造成遥测和通信故障甚至“黑障”。同时,等离子体鞘套引起的对电磁波的反射、折射和衰减改变了高超声速飞行器的雷达散射特性,影响了再入飞行器的目标识别与跟踪。因此,对电磁波与等离子体鞘套之间的相互作用机理展开研究具有重要的意义。本文在传统FDTD迭代公式基础上,给出了高阶FDTD的差分格式,并针对高阶FDTD(2,4)的时间离散间隔、Courant稳定性条件、数值色散以及数值各向异性进行了分析。结果表明相比于传统的FDTD方法,高阶FDTD(2,4)不仅在数值精度上有优势,而且在数值引起的各向异性影响更小。在对比了处理色散介质中电磁波传播问题的PLRC-FDTD方法和ADE-FDTD方法的优劣后,将高阶FDTD差分格式引入ADE-FDTD中得到高阶ADE-FDTD(2,4)方法。通过计算等离子体的后向散射结果对比分析了ADE-FDTD与高阶ADE-FDTD(2,4)的计算精度,数值结果表明,后者与Mie理论的计算结果吻合得更好。在建立目标模型的FDTD电磁网格时,本文采用基于射线追踪的质心坐标求交法,对FDTD网格射线与模型表面的三角面元进行相交检测,然后生成常规FDTD网格以及共形FDTD网格。相比于以往的方法,本文所采用的方法不需要预先计算三角面元所在的平面方程,因而能够更快速地判定射线与三角面元是否相交。而且由于只需要存储三角面元的顶点信息,而不需要存储三角面元的面法向量等信息,因而质心坐标求交法所能节省的内存,根据模型的大小以及三角面元所共用的顶点数量,从大约25%到50%不等。以三维金属钝锥和金属球模型为再入目标,采用双温度模型和七组元化学反应模型对高超声速再入目标绕流流场进行求解。分析不同飞行高度和飞行速度下的钝锥以及球体周围绕流流场中的电离度、德拜长度、等离子体频率与碰撞频率等各项等离子体特性参数的分布特点,为后续研究分析高超声速绕流流场对再入目标电磁散射的影响提供基础。从等离子体的相对介电常数的实部与虚部以及折射率的实部与虚部与入射电磁波频率、等离子体频率和碰撞频率的关系出发,研究电磁波与等离子体的相互作用机理。以三维金属钝锥模型和金属球模型为高超声速再入目标,研究不同飞行场景下的等离子体鞘套对再入目标的电磁散射特性的影响。数值结果表明,等离子体鞘套对再入目标的电磁散射特性的影响大致可以分为增强段、衰减段和平稳段等三个阶段。在增强段(频率约1.5GHz以下),等离子体鞘套会增大目标的电磁散射特性;在衰减段(频率1.5GHz~14GHz的范围内),由等离子体引起的电磁波的折射和衰减随着入射波频率的提高而增强,从而导致等离子体绕鞘套会减小目标的电磁散射特性,这也意味着等离子体鞘套对再入目标具有一定的隐身作用;在平稳段(频率14GHz以上),等离子体鞘套对再入目标的电磁散射特性影响较小。