Глава 13. Радиовысотомеры

13.1. 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. 13.1) 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. 13.1. Обобщенная структурная схема, поясняющая принцип работы радиовысотомера

Как известно, скорость распространения радиоволн c равна скорости световых волн, то есть составляет . 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:

(13.1)

где , тогда как время прямого пробега радиоволн от одной антенны до другой будет постоянно и равно:

(13.2)

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:

(13.4)

Если высота полета значительно превышает расстояние между антеннами, то:

(13.5)

Нетрудно убедиться, что речь идет об измерении очень малых промежутков времени. Если, например, высота полета , то:

(13.6)

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 максимальнойвысоты, в пределах которого обеспечивается определение высоты с заданными точностью и вероятностью.

В частотных РВ минимальная высота ограничена величиной

, (13.7)

где – девиация частоты,– коэффициент частотной модуляции;при симметричном ипри несимметричном законе частотной модуляции ЧМ. Максимальная 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:

. (13.8)

Это ограничение имеет существенное значение только в РВ малых высот, вынуждая применять импульсы длительностью несколько наносекунд. В импульсных РВ максимальная высота (в километрах) ограничивается только энергетическими возможностями РВ.