Глава 12. Радиовысотомеры
12.1. Назначение, принцип действия и типы радиовысотомеров
Радиовысотомеры (РВ) предназначены для измерения истинной высоты полета летательного аппарата. Они относятся к классу автономных радионавигационных установок, так как не требуют для образования канала измерения дополнительного наземного оборудования.
Для радиовысотомеров выделены определенные диапазоны частот вблизи 4300, 1600-1900 и 440 МГц. Диапазон 4300 МГц предпочтительней с точки зрения точности измерения высоты и габаритов антенных устройств и считается основным.
Классификация радиовысотомеров:
1. по методу измерения высоты:
а) частотный метод;
б) временной (импульсный) метод.
2. по максимально измеряемой высоте:
а) радиовысотомеры малых высот (до 1500 м);
б) радиовысотомеры больших высот (до 30 км).
В радиовысотомерах применяется радиолокационный принцип определения расстояния (высоты) по отраженному сигналу, то есть в основе действия РВ лежит отражение от земной поверхности излучаемых самолетным передатчиком электромагнитных волн. Передатчик (Прд) радиовысотомера (рис.12.1) формирует высокочастотные колебания, которые с помощью передающей антенны А-1 направляются в сторону земной поверхности. Отраженный от земной поверхности сигнал (электромагнитные колебания) распространяется во всех направлениях и, в частности, поступает на приемную антенну А-2 и приемник Прм. Кроме того, в приемную антенну А-2 поступают по кратчайшему расстоянию колебания непосредственно из передающей антенны А-1, так как на самолете передающая и приемная антенны устанавливаются на небольшом расстоянии друг от друга. Измеритель высоты ИВ вырабатывает напряжение U(H), пропорциональное времени прохождения сигнала до земной поверхности и обратно, т.е. пропорциональное истинной высоте H.
Рис.
12.1. Обобщенная
структурная схема, поясняющая принцип
работы радиовысотомера
Как известно, скорость распространения радиоволн c равна скорости световых волн, то есть составляет 3∙108 м/сек Следовательно, в приемную антенну колебания будут поступать позже момента их излучения переедающей антенной. Поскольку путь проходимый колебаниями, отражающимися от земли, равен удвоенной высоте полета Н, время запаздывания их составит:
(12.1)
где с=3∙108 м/сек, тогда, как время прямого пробега радиоволн от одной антенны до другой будет постоянно и равно:
(12.2)
где
– расстояние между антеннами.
Таким образом, в приемник поступают два сигнала со сдвигом по времени на величину:
(13.3)
Если
измерить разницу во времени прихода
этих сигналов
,
то нетрудно определить истинную высоту
полета:
(12.4)
Если высота полета значительно превышает расстояние между антеннами, то:
(12.5)
Нетрудно
убедиться, что речь идет об измерении
очень малых промежутков времени. Если,
например, высота полета
,
то:
(12.6)
Радиовысотомер может служить и для измерения высоты при посадке самолета. В этом случае приходится измерять интервалы времени порядка десятых долей микросекунды.
Диапазон
рабочих высот – интервал от минимальной
до
максимальной
высоты,
в пределах которого обеспечивается
определение высоты с заданными точностью
и вероятностью.
В частотных РВ минимальная высота ограничена величиной
,
(12.7)
где
– девиация частоты,
– коэффициент частотной модуляции;
при симметричном и
при несимметричном законе частотной
модуляции ЧМ. Минимальная высота в
частотных РВ ограничена отношением
сигнал/шум, при котором обеспечивается
заданная точность определения высоты.
В
импульсных РВ минимальная высота
ограничена длительностью излучаемого
импульса
,
поскольку приемный тракт при работе
передатчика, как правило, отключается:
.
(12.8)
Это ограничение имеет существенное значение только в РВ малых высот, что вынуждает применять импульсы длительностью несколько наносекунд. В импульсных РВ максимальная высота (в километрах) ограничивается только энергетическими возможностями РВ.