7. Характеристика функціональноі схеми основних вузлів радіовисотоміра рв-4.

До складу радіовисотоміра входять наступні блоки:

модуляторний блок РВ-4А ;

передавач ПЧМ-4А ;

антени прийомна і передавальна ;

лінія затримки ЛЗ-4А;

приймач ПЧУ-4А;

вимірювальний блок БИ-4А ;

автомат висоти АВ-4А;

блок контролю і звукової сигналізації БКЗС-4А;

покажчик висоти УВ-4А (УВ2-4А). .

Модуляторний блок

Модуляторний блок БМ-4А виробляє напругу для частотної модуляції коливань генератора НВЧ. Блок БМ-4А складається з генератора частоти модуляції (ГЧМ), обмежувача-модулятора, генератора низької частоти (ГНЧ), фільтра корекції, операційного (ОП) і модуляційного підсилювачів.

ГЧМ виробляє імпульси частотою F_М1 , що надходять на обмежувач з змінним рівнем обмеження (обмежувач-модулятор). Обмежувач-модулятор перетворить імпульси частотою F_М1 в імпульси прямокутної форми, промодульовані по амплітуді з частотою F_M. Напруга модуляції подається на обмежуавч-модулятор із ГНЧ.

Для того щоб частота коливань генератора НВЧ змінювалася за законом, близькому до пилкоподібного, напруга, подавана на мембранний модулятор, повинне мати спеціальну форму. Фільтр коригування і модуляційний підсилювач мають амплітудно-частотну характеристику, що створює необхідну форму напруги.

Сигнал з виходу обмежувача-модулятора подається на коригувальний фільтр і далі через операційний підсилювач (ОП) на шкальні потенціометри R2-5-2 б, в автомат висоти.

Для нормальної роботи радіовисотоміра необхідно, щоб напруга, що надходить на шкальні потенціометри, була незалежною від їхнього вхідного опору, що зі зміною висоти в інтервалі від 50 до 1500 м міняється у великих межах. ОП підтримує величину вихідної напруги постійно при зміні величини опору навантаження. Шкальні потенціометри R2-5-2 б і R2-5-2 при зміні висоти від 50 до 1500 м змінюють величину напруги модуляції, а відповідно, і девіацію частоти приблизно в 30 разів. Сигнал, що знімається з движка потенціометра R2-5-2 , підсилюється модуляційним підсилювачем і подається на мембранний модулятор передавача. Напруга зворотного зв'язку, що стабілізує роботу мембранного модулятора, надходить на підсилювач зі спеціальної обмотки мембранного модулятора.

Передавач.

Передавач ПЧМ-4А призначений для генерування частотно-модульованого сигналу, який випромінюється далі в напрямку до землі, і складається з мембранного модулятора і генератора НВЧ.

Напруга модуляції, з виходу модуляційного підсилювача надходить на мембранний модулятор, який змінює ємність анодного контуру генератора НВЧ. На виході генератора утвориться частотно-модульований сигнал із середньою частотою f₀ ,що випромінюється передавальною антеною. Частина сигналу генератора подається на балансовий змішувач приймача.

Між генератором НВЧ і передавальною антеною, а також між прийомною антеною і приймачем включені спеціальні антенні перемикачі. У режимі "КОНТРОЛЬ PB” перемикачі разом із блоком БКСЗ-4А відключають передавач і приймач від відповідних антен і включають між ними лінію затримки Л3-4А. У цьому режимі перевіряються працездатність і проводиться калібрування радіовисотоміра в одній точці робочого діапазону висот .

Приймач.

Приймач ППУ-4А призначений для виділення, підсилення й обмеження напруги різницевої частоти (часті биття) прямого і відбитого сигналів і складається з балансового змішувача і підсилювача низької частоти (ПНЧ).

На входи балансового змішувача надходять прямий сигнал від генератора НВЧ і сигнал, відбитий від землі. На виході змішувача утвориться напруга биття, частота якої дорівнює різниці частот прямого і відбитого сигналів.

ПВЧ підсилює й обмежує напругу биття до рівня, необхідного для нормальної роботи наступних каскадів.

На висотах від 0 до 50 м напруга биття велика і їхня частота змінюється з висотою. У цьому інтервалі висот смуга пропущення ПНЧ широка і посилення порівняно невелике. На висотах, що перевищують 50 м, частота биття підтримується постійної, і величина напруги биття зменшується з ростом висоти. У зв'язку з цим в інтервалі висот від 50 до 1500 м амплітудно-частотна характеристика ПНЧ трохи змінюється: збільшується підсилення і звужується смуга пропущення. Переключення частотної характеристики здійснюється за допомогою кулачкового механізму автомата висоти.

Вимірювальний блок.

Вимірювальний блок БИ-4А здійснює обмеження по амплітуді напруги частоти биття, вимір частот биття і постійне автоматичне визначення вірогідності (“надійності”) показань радіовисотоміра. Блок БИ-4А складається з попереднього і точного обмежувачів, лічильника, підсилювача, системи стеження, (ПСС-1) і схеми "надійності”. З виходу приймача напруга частоти биття надходить на обмежувач. Після обмеження вона уявляє собою послідовність прямокутних імпульсів, амплітуда яких постійна і не залежить від рівня відбитого сигналу. Частота проходження імпульсів визначається висотою польоту літального апарата і величиною девіації частоти коливань генератора НВЧ.

Після обмеження імпульси надходять на лічильник, що виробляє струм, величина якого пропорційна числу імпульсів, що приходять на лічильник за одиницю часу. Струм лічильника протікає по опорі зворотного зв'язку, на який подається напруга з потенціометра R2-5-2 автомата висоти. Результуюча напруга є сигналом помилки. Вона перетвориться в змінну напругу частотою 400 Гц, підсилюється ПСС-I і приводить в обертання електродвигун автомата висоти М2-5-1. Електродвигун через редуктор зв'язаний з потенціометрами R2-5-2 А, Б, В і забезпечує постійну відповідність кута повороту движків цих потенціометрів вимірюваній висоті.

Схема "надійності" призначена для виключення помилкових показань радіовисотоміра за межами робочого діапазону висот, при впливі перешкод, а також при відмовленнях основних функціональних вузлів радіовисотоміра. Схема складаються з амплітудної, частотний схем "надійності" і пристрою витримки часу і запам'ятовування висоти.

На висотах від 0 до 50 м використовується амплітудна схема "надійності”. У випадку, якщо величина напруги, що надходить з виходу приймача, перевищує деяке граничне значення, то схема виробляє сигнал "надійності". Якщо величина напруги менша граничного значення, то видача сигналу надійної роботи припиняється і видається сигнал ненадійної роботи в покажчик висоти.

На висотах понад 50 м використовується частотна схема "надійності" її робота заснована на наступному.

На вхід лічильника надходять імпульси частоти биття. Тому що величина девіації частоти коливань генератора НВЧ змінюється в часі з частотою F_M, то з цією же частотою змінюється і середня частота биття, а отже, і вихідний струм лічильника. Таким чином, на виході лічильника з'являється не тільки постійна складова струму, але і змінна, що має частоту F_M. Відношення амплітуд змінної і постійний складових струму лічильника завжди залишається постійним при відсутності перешкод. Дійсно, постійна і змінна складові однаково залежать від таких факторів, як величина середньої девіації, вимірювана висота, амплітуда напруги биття, коефіцієнт передачі лічильника. У переважній більшості випадків вплив перешкод при несправностях зменшує відносну величину змінної складової.

Необхідно відзначити, що змінна складова не впливає на систему стеження, тому що її частота досить велика.

Амплітуда змінної складової струму лічильника пропорційна вимірюваній висоті в інтервалі від 0 до 50 м і досягає максимального значення (перевищуючого поріг спрацьовування схеми) на висоті близько 50 м. Надалі, зі збільшенням висоти амплітуда не змінюється, оскільки величина частоти биття підтримується в цьому інтервалі постійної. Фаза змінної складової відрізняється не набагато від фази опорної напруги, що надходить на схему ГНЧ.

Частотна схема надійності працює так: якщо величина змінної складової перевищує граничний рівень і фаза близька до фази опорної напруги, то видається сигнал "надійності”. У тому випадку, якщо величина змінної складової стає менше граничного рівня, видача сигналу "надійності" припиняється. Переключення амплітудної і частотної схем "надійності" здійснюється за допомогою кулачкового механізму автомата висоти і реле переключення.

Пристрій витримки часу і запам'ятовування висоти призначені для:

а) затримки підключення лічильника до входу ПСС із появою сигналу "надійності" що необхідно для того, щоб короткочасний помилковий сигнал, що викликав спрацьовування схеми "надійності" не викликав відпрацьовування автомата висоти до покажчиків;

б) затримки відключення лічильника при провалі сигналу "надійності" що необхідно для того, щоб короткочасний провал надійного сигналу не перевів автомат висоти в режим пошуку;

в) запам'ятовування останнього надійного значення висоти і переводу автомата висоти в режим пошуку.

У випадках, коли з якої-небудь причини припиняється надійний вимір висоти, вхід підсилювача системи, що стежить, підключається на корпус. При цьому відбувається "запам'ятовування" висоти. Якщо через проміжок часу, обумовлений затримкою відключення, сигнал "надійності" не з'явиться, на ПСС-1 буде подана напруга частотою 400 гц. Це викличе беззупинне обертання механізму автомата висоти у всьому діапазоні вимірюваних висот, тобто перехід у режим пошуку. З появою надійного сигналу через час, обумовлений затримкою підключення, вхід УОС буде підключений до лічильника, і нормальна робота радіовисотоміра відновиться.

Автомат висоти.

Автомат висоти АВ-4А призначений для створення напруги зворотного зв'язку пропорційного висоті в інтервалі від 0 до 50 м, зміни величини напруги модуляції, у залежності від висоти в інтервалі від 50 до 1500 м, видачі висоти у вигляді відносного опору потенціометрів у всьому робочому діапазоні вимірюваних висот. Автомат висоти видає також напругу частотою 400 гц, пропорційно вертикальній швидкості літального апарата, і сигнали переключення характеристик ПНЧ і схем "надійності".

Блок АВ-4А складається з двигуна-тахогенератора М2-5-1, редуктора з кулачковим механізмом, потенціометра зворотного зв'язку R2-5-2 А, шкальних потенціометрів R2-5-2 А, Б, У, потенціометрів видачі висоти R2-5-4 А, Б, В.

Сигнал помилки, що знімається з виходу ПСС-1, приводить в обертання двигун М2-5-1. Через редуктор із двигуном зв'язані движки потенціометрів і кулачковий механізм. При розвороті механізму автомата висоти на кут, пропорційний вимірюваній висоті, сигнал помилки стають рівним нулю, і відпрацьовування припиняється.

Потенціометр R2-5-4 А призначений для передачі кута повороту механізму автомата висоти на покажчик (покажчики), а також у контрольну апаратуру КП-РВ-4. Потенціометри R2-5-4 Б, У використовуються для видачі висоти в пристрої, що сполучаються з радіовисотоміром.

Кулачковий механізм при переході висоти 50 м видає сигнал у вигляді напруги +27 В, що використовується для переключення характеристики ПНЧ і схеми “надійності”.

Використання у якості виконавчого двигуна-тахогенератор M2-5-1 при обертанні видає напругу частотою 400 гц, пропорційно швидкості зміни висоти (вертикальної швидкості). Ця напруга видається в зовнішні ланцюги, а також використовується для створення швидкісного негативного зворотного зв'язку ПСС.

Блок контролю і звукової сигналізації.

Блок контролю і звукової сигналізації БКЗС-4A призначений для видачі звукового сигналу частотою 400 Гц тривалістю 1-8 сек. при зменшенні поточної висоти до значення, менш прийнятого за "небезпечне", і для керування роботою антенних перемикачів.

Покажчик висоти.

Покажчик висоти УВ-4А (УВ2-4А) призначений для візуального відліку поточної висоти польоту, світлової індикації ненадійної роботи, установки заданої висоти і видачі її значення в зовнішні ланцюги, установки "небезпечної" висоти і видачі сигналу "небезпечної" висоти.

Відпрацьовування поточної висоти в покажчику здійснюються за допомогою системи стеження, що складається з підсилювача системи, що слідкує (ПСС-2), двигуна-тахогенератора, редуктора і потенціометра відпрацьовування R3-23. Система стеження, розвертає стрілочний покажчик на кут повороту движка потенціометра R2-5-4 А автомата висоти.У випадку припинення видачі сигналу "надійності" знімається живлення з ПСС, стрілка покажчика висоти залишається в попередньому положенні, і загорається лампочка ненадійної роботи. У покажчику висоти передбачена установка заданої і "небезпечної" висот польоту. Величина заданої висоти за допомогою потенціометра, движок якого механічно зв'язаний із задатчиком висоти, видається в зовнішні ланцюги. Покажчик видає сигнал "небезпечної" висоти при зменшенні висоти польоту в інтервалі від 0 до 50 м на 20 м і більш нижче встановленого значення заданої висоти, а в інтервалі висот від 50 до 1500 м приблизно на 30% менше стосовно заданої висоти. Сигнал "небезпечної" висоти видається у вигляді напруги +27 В за допомогою контактного пристрою. Відлік заданої і "небезпечної" висот виробляється по індексах, що рухається уздовж шкали покажчика.

Відмінність покажчика УВ2-4А від УВ-4А полягає в тім, що ділянка шкали від 0 до 50 м у нього більш розтягнута, і розподіл через 1 м, чим забезпечується більш точний відлік поточної висоти в цьому інтервалі.

При установці на борту двох покажчиків світловий сигнал "небезпечної" висоти видається і з другого покажчика. Видача звукового сигналу здійснюється тільки по першому покажчику.

8. Призначення, склад, основні ТТХ та принцип дії за структурною схемою РВ-18.

1. Назначение

Радиовысотомер больших высот PB-I8 предназначен для измерения истинной высоты полета самолета над любой отражающей поверхностью.

В зависимости от диапазона измеряемых высот, условий применения и формы выдаваемой информации радиовысотомер имеет различный состав и различные типы блоков, входящих в его комплект, и ему присваивается определенная литера.

Радиовысотомер может обеспечивать выдачу информации о высоте в виде:

-параллельного двоичного кода, выдаваемого напряжением положительной полярности;

-параллельного двоичного кода, выдаваемого напряжением отрицательной полярности;

-постоянного напряжения, пропорционального высоте;

-сопротивления потенциометрических датчиков;

-показаний стрелочных и десятичных указателей высоты.

Кроме информации о высоте, радиовысотомер выдает внешним потребителям сигнал "ЗАХВАТ", характеризующий нормальную работу радиовысотомера, сигнал "НЕИСПРАВНОСТЬ", при отсутствии этого сигнала, и сигнал разрешения использования информации потребителем (сигнал РИИ).

Радиовысотомер PB-I8 может использоваться автономно, с выдачей информации о высоте на указатели высоты, или в составе навигационного комплекса, с выдачей информации в бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ).

При автономном использовании радиовысотомера в его состав должны входить пульт (щиток) управления, указатель высоты и блок связи, предназначенный для преобразования информации о высоте из цифровой формы в аналоговую в виде постоянного напряжения или сопротивления потенциометрических датчиков.

При работе радиовысотомера в составе комплекса код высоты,

сигналы "ЗАХВАТ", "НЕИСПРАВНОСТЬ" и "РИИ" выдаются в БЦВМ, которая использует информацию о высоте только в случае одновременного поступления сигналов "РИИ" и "ЗАХВАТ",

При автономной работе радиовысотомера код высоты, сигналы "ЗАХВАТ" и "НЕИСПРАВНОСТЬ" подаются на блок связи, в состав которого входит преобразователь кода в напряжение. Преобразование кода осуществляется только при наличии сигнала "ЗАХВАТ" и отсутствии сигнала "НЕИСПРАВНОСТЬ".

Визуальная индикация сигнала "ЗАХВАТ" осуществляется с помощью лампочки "ЗАХВАТ" на передней панели пульта управления, которая загорается при подаче сигнала.

2. Состав:

В состав радиовысотомера в зависимости от модификации (литеры) могут входить следующие устройства: приемопередатчик, приемная и передающая антенны, блок измерения, блок связи, стрелочные или цифровые указатели высоты, щиток или пульт управления, амортизационная рама.

Наиболее простым является комплект радиовысотомеров РВ-18 серий А и Б, предназначенных для работы в составе бортового навигационного комплекса и выдающих информацию о высоте в цифровом виде в БЦВМ.

В состав этих радиовысотомеров входят следующие устройства:

-приемопередатчик ПП-18;

-блок измерения БИ-18 М (или БИ-18-2М);

-передающая щелевая антенна АЩ-18-1;

-приемная щелевая антенна АЩ-18-2;

-амортизационная рама;

-высокочастотный полосовой фильтр ФПК-18;

-кабели.

В комплект радиовысотомеров РВ-18Д,И и серии Ж, предназначенных для автономной работы, кроме указанных устройств дополни­тельно входят пульт управления ПУ-М, один стрелочный (УB-18-4) и два цифровых (УВ-М и УВ-18-2М) указателя высоты (в комплект PB-I8 Ж1 входят только два стрелочных указателя высоты УВ-18-6), а блок БИ-18М заменен на блок БИ-18-1М.

Комплект радиовысотомеров PB-I8B, серий Г и Е отличается от комплекта радиовысотомера РВ-18Д тем, что дополнительно введен блок связи (БС-18 или БС-18-1), имеется только один стрелочный указатель (УВ-18) и пульт управления заменен щитком управления. Вместо щелевых антенн в комплект радиовысотомеров могут входить дипольные (АД-18), двухщелевые (А2Щ-18) или уголковые (ГУ-5В) антенны.

1.3 Основні ТТХ:

Радиовысотомер РВ-I8 имеет двадцать различных модификаций (литер), предназначенных для установки на различные типы самолетов. К ним относятся: РB-I8A, AI, А2, A3, 14; РB-I8Б, Б1, Б2; РB-I8B; РВ-18Г, Г1, Г2; РB-I8E, Е1, Е2; РВ-18Д; РВ-18Ж, Ж1, Ж2; РВ-18И.

Основные тактико-технические данные, общие для всех модификаций, следующие:

1.Частота передатчика, МГц.........845 3 .

2.Мощность передатчика в импульсе, Вт,

не менее:

-ПП - 18 ...............2000;

-ПП - 18 - 1.............800.

3. Чувствительность приемника по захвату отраженного сигнала, дБ, относительно 1 Вт, не менее:

-ПП - 18............... 116;.

-ПП - 18 - I.............110.

4. Частота следования импульсов, Гц:

-БИ - 18 - 1М, БИ - 18 - 2М......1300 260.

- БИ - I8M, БИ - 18 - ЗМ........1000 200.

5.Время готовности радиовысотомера после включения, мин, не более..........10.

6.Напряжение питания, В:

-переменный ток,

частота 400 20 Гц.........115 + 5,75;

-постоянный ток...........27 2,7.

7. Потребляемая мощность;

-по переменному току, ВА, не более . . 150;

-по постоянному току, Вт, не более . . 50.

8.Радиовысотомер обеспечивает работу при углах, град:

-крена............... 30;

-тангажа.............. 15.

Основные тактико-технические данные, имеющие различия в зависимости от модификации радиовысотомера [4]

I. Диапазон измеряемых высот (Н), - м:

РВ - 18 А ..............…. ………….700 25 000;

2. Погрешности измерения высоты в 95% случаев (2 ), м:

а) в нормальных условиях;

-по двоичному коду

РВ - 18 серий А,В,Г,Е......... (25+0,15%Н);

3.Контрольная высота, выдаваемая в режиме "КОНТРОЛЬ", м:

-при подключении нагрузки потребителя

РВ - 18 А, А2, Б ................20000 2000;

4.Показания в режиме "КОНТРОЛЬ ЛЗ", м:

РВ - 18 серий Д,Ж,И................200 350;

для остальных серий....... ……400 550.

5. Масса радиовысотомера, кг, не более:

РВ - 18 ...................15-20.

1.4 Принцип дії за структурною схемою:

Радиовысотомер РВ-18 является импульсным устройством, в котором для измерения истинной высоты полета измеряется временной интервал t между излучаемым импульсом и импульсом, отраженным от земной поверхности,

, (1.1)

где H - высота полета летательного аппарата (ЛA);

С - скорость распространения электромагнитных волн.

Временной интервал в радиовысотомере измеряется цифровым методом.

Определив можно найти высоту полета по формуле

. (1.2)

Эта зависимость реализуется в БЦВМ или при градуировке указателя высоты (УВ).

Упрощенная структурная схема радиовысотомера изображена на рис. 1.1.

Синхронизатор вырабатывает синхронизирующие (рис.1.2,а), которые поступают на запуск передатчика и схемы формирования измерительных импульсов.

Передатчик генерирует короткие радиоимпульсы. Эти импульсы излучаются передающей антенной (AI) в направлении земли, отражаются от нее и поступают в приемную антенну (А2). При распространении радиоимпульсы проходят расстояние от самолета до земли и обратно . Если расстояние между антеннами << H, что обычно в радиовысотомере соблюдается, то .

Эти импульсы излучаются передающей антенной (AI) в направлении земли, отражаются от нее и поступают в приемную антенну (А2). При распространении радиоимпульсы проходят расстояние от самолета до земли и обратно . Если расстояние между антеннами << H, что обычно в радиовысото­мере соблюдается, то .

Отраженные радиоимпульсы, усиленные в приемнике, детектируются, и полученные видеоимпульсы поступаю на схему формирования измерительных импульсов для ее опрокидывания. На выходе этой схемы формируются импульсы прямоугольной формы, называемые измерительными, длительность которых равна временному интервалу t между импульсом синхронизатора и импульсом приемника (рис.1.2,б).

Измерительные импульсы подаются на схему совпадения. На эту же схему от кварцевого генератора поступают счетные импульсы, следующие со строго постоянной частотой (рис.1.2,в). На выходе схемы совпадения выделяются пакеты счетных импульсов, длительность которых равна измеряемому временному интервалу с точностью до интервала дискретного отсчета (рис. 1.2,г). Количество импульсов (N) в пакете подсчитывается с помощью цифрового счетчика импульсов. Если известен период следования счетных импульсов , то по количеству импульсов в пакете можно с точностью до периода счетных импульсов определить временной интервал по формуле

(1.3)

Тогда выражение (1.2) может быть записано в виде

(1.4)

Для повышения точности измерений временного интервала в радиовысотомере производится усреднение измерений за несколько периодов следования импульсов передатчика (n). Усреднение осуществляется подсчетом общего числа счетных импульсов за f7 периодов (на счетчик подается n пакетов счетных импульсов без его сброса), а затем полученное число делится на n. Коэффициент деления учитывается в БЦВМ или при градуировке УВ и потенциометрических датчиков. В результате усреднения среднеквадратическая ошибка измерения временного интервала за один период уменьшается в раз [5].

С выходов счетчика информация о высоте в виде параллельного двоичного кода поступает в БЦВМ.

Для связи радиовысотомера с аналоговыми потребителями (например, со стрелочным указателем высоты) служит блок связи. Он осуществляет преобразование информации о высоте из цифровой формы в аналоговую. Аналоговая информация выдается либо в виде постоянного напряжения, либо в виде сопротивления линейного потенциометра, которые пропорциональны высоте.