Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В длльн«ашем абгевнатурл «РВ» сохранена только длл рллновыаннм«ров мллых вы«аз. 180 Частотные РВ требуют применения отдельных передающей и лриемной антенн, обладают ограниченной высотностью и широко используются для определения малых высот. Импульсные РВ по построению подобны обычному импульсному радиолокатору. Время гл измеряется по запаздыванию отраженного импульса относительно излучаемого передатчиком РВ.
Радиовысотомер может использовать общую приемолередающую антенну, однако за счет «мертвой зоны» ограничиваются минимальные измеряемые высоты. Основное применение импульсных радновысотомеров — измерение болылих высот. Импульсные РВ малых высот требуют применения двух антенн и импульсов малой длительности. Принцип действии частотного РВ основан на частотном методе дальнометрии. Структурная схема простейшего РВ, реализующего частотный метод дальнометрии, показана на рис. 9.2,а и содержит генератор низкой частоты (ГНЧ), который вырабатывает низкочастотное напряжение и„.
Это налряжеиие управляет частотой сигнала, формируемого генератором ЧМГ и излучаемого антенной А Е Рвс. 9.2. Структурная схема РВ (а) и графики сигналов в характерных точках схемы (б) Отраженный сигнал с антенны А2 поступает на балансный смеси- тель (БС), куда подается также часть мощности излучаемого сигнала.
Использование БС позволяет подавить ларазнтную АМ опорного сигнала, поступающего от передатчика РВ. Запаздывание отраженного сигнала на вРемЯ гп пРиводит к отличию мгновенных значений частот У~ и Гз излучаемого и принимаемого сигналов. Сигнал, получаемый на выходе БС, называют преобразаваппым сигналом (ПРС). Его частота (разностная частота или частота биений) Рр = ~У~ — Я. Сигнал после БС усилива- 1В1 (9.2) 182 ется в УНЧ и поступает на измеритель частоты (ИЧ), с которого снимается напряжение О(Н) или код, пропорциональные высоте полета.
Измеритель частоты реагирует на Рр, — среднее значение Рг Основное уравнение частотного РВ может быть получено при конкретизации закона изменения излучаемого ЧМ-сигнала. В принципе закон ЧМ может быть любым, в том числе и случайным.
Предположим, что частота зондирующего сигнала изменяется по симметричному пилообразному закону (рис. 9.2,б). Зависимость разностной частоты от высоты может быть получена из рис. 9.3, соответстг В вующего начальному участку графика Дз(!) на рис. 9.2,б. Из треугольников 1А ~'х АВС и А0Е следует, что (Т„!4У(Ц12) = = гн!Р„, откуда Т Р 4~~ Н. А 1Е 1С сТ„ ( ) 9.1 ! ! Основное уравнение частотного 0 гл Т„~я радиодичьноме а имеет вид сТн Рнс. 9.3. Изменение частоты Н= — нР =Мг, 4Ьг излучаемого и принимаемого снп!алов в первой четверти где М = сТ,((4Я вЂ” масштабный копериода модуляции эффициент.
Зон и нй сигнал частотного РВ представляет собой непрерывные ЧМ-колебания с несущей частотой 4300 МГц. Мощность излучаемого сигнала — порядка 0,1 Вт. При выборе параметров модуляции исходят нз стремления повысить точность определения высоты и обеспечить однозначность ее отсчета. Для повышения точности следует уменьшать масштабный коэффициент М, чего можно добиться либо увеличением девиации частоты су; либо уменьшением периода модуляции Т„. Значение су может составлять несколько сотен мегагерц и ограничивается сверху ростом глубины паразитной амплитудной модуляции, возникающей при прохождении ЧМ-сигнала через избирательные элементы высокочастотного тракта РВ.
Что касается периода модуляции, то значение Тн должно обеспечивать однозначность измерения высоты. Условие однозначности отсчета имеет вид Т > ! — $пах 2Н (9.3) нзк с где Н „„- максимальная измеряемая высота. Рассматривая рис.9.2,б, легко убедиться в том, что прн нарушении условия (9.3), когда измеряются две высоты, соответствующие например гн, и гн, =гн чТ„, значения разностных частот будут одинаковы- ми, и в обоих случаях РВ выдаст одну и ту же высоту Но Если учесть, что Н с! 500 м, то Та и 1О мкс, т.е.
Р„«100 кГц. Обычно, однако, период модуляции делают намного большим, чем тот, который определяется соотношением (9.3). Дело в том, что измеряемое среднее или среднеквадратическое значение частоты Р;„как видно на рис. 9.2,б, тем больше отличается от того, которому соответствует основное уравнение (9.2), чем большую долю периода Т„составляет запаздывание сигнала бо ПоэтомУ вместо (9.3) пРименЯют Условие Т„»»Г„. В самолетных РВ значения Т„= 6-7 мс (Г,= 150 Гц).
о~» гв руется при облучении диаграммой направленности антенны РВ участка подстилающей поверх- н ности (рис. 9.4,а). Элементарные площадки этого участка удалены дн р» от РВ на различные расстояния, что приводит к отличию задер) к» / 'ь жек отраженных площадками сигналов. Отраженный, а следо- мор вательно, и преобразованный б) Р сигналы — случайные, так как яв- ная»н» лаются суммой сигналов от эле- ,аг» ментарных площадок отражающего участка поверхности, каждый нз которых имеет случайные ) о г„ у амплитуду, задержку и Фазу. Рис.
9.4. Формирование огибающей Огибающая спектра отраженного спектра преобразованного сигнала сигнала О, (рис. 9.4,«) зависит от в частотном РВ прн подстилающих формы ДНА и от вида функции поверхностях типа «суша» н «море»: К.р(Р»), где К.р — коэффициент о — дня: я- змисимооть коэфФициента об- ратного расс«якая от угла падения; я — огиобРатного РассеиваниЯ; ))» — Угол баюшая спектра преобразованного сигнала падения (рис.
9.4,6), т.е зависит от характера отражающей поверхности. Составляющая с минимальной разностной частотой Рро соответствует истинной высоте полета, а все остальные составляющие — помехе, снижающей точность РВ. Мощность этих помех определяется шириной ЛР; спектра ПРС. При независимости К,р от угла падения(полет над поверхностью типа «пашня») ширина спектра Ьг = Ррогя(0 5»50»)10(0 25ЛО») (9.4) где ЛО, =ЬО/ Г2; ЛΠ— ширина ДНА (обычно Л0 =40-50'). Значение»зО н ЛР; отсчитываются по уровню половинной мощности. 183 П осачиваю ийся сигнал. Частотные РВ требуют такой же развязки передающего и приемного трактов, как и ДИС, что вытекает нз схожести характера зондирующих сигналов этих РНУ (см. и.
8.! .). Проблема получения требуемого коэффициента развязки порядка -80 дБ несколько облегчается из-за возможности разноса антенн РВ на расстояние не менее 1 м. Однако уровень просачивающегося сигнала передатчика на входе приемного тракта остается достаточно большим для того, чтобы существенно ограничить возможности РВ. Поскольку этот уровень не зависит от высоты полета, а мощность отраженного сигнала на входе приемника уменьшается пропорционально Н~, с подъемом на высоту неизбежно наступает такая ситуация, когда эта мощность и мощность шума просачивающегося сигнала становятся соизмеримыми и точность РВ падает ниже допустимого предела.
Именно это обстоятельство является причиной ограничения области применения частотных РВ областью «малых» высот (не более 1500 м). П еоб азованный сигнал РС частотного РВ представляет собой фазоманипулированный сигнал с периодом Т„(см.рис. 9.2,б) и длительностью «дискрета» 0,5Т„(при симметричном пилообразном законе ЧМ зондирующего сигнала и Тк» гр„, ). Соседние «импульсы» (или «дискреты») отличаются по фазе на 180' (из за смены знака разности~~ -,6 иЯ -,Д). Характер спектра ПРС показан на рис. 9.5.
Главная особенность спектра — наличие дискретных составляющих только на частотах пР'„, где г, — частота модуляции зондирующего сигнала (и = 1, 2, 3, ...). Рнс. 9.5. Спектр ПРС Форма огибающей спектра определяется ДНА радиовысотомера и характером отражающей поверхности (см. Рис. 9.4). Текущему значению высоты соответствует самая низкая частота спектра Р;« Расчеты показывают, что максимум спектра ПРС наблюдается на частоте Ер „, которая всегда больше частоты Р'„к.
Изменение измеряемой высоты приводит к изменению гр,, что следует из (9.1), и смещению огибающей спектра по оси частот. При этом дискретные линии спектра, 184 изменяясь по величине, ие меняют своего положения на оси частот. Происходит перераспределение мощности между соседними дискретными составляющими спектра и перемещение по оси частот его огибающей.
Если Гя аль„, то частота Ррь в спектре ПРС отсутствует. Особенности обработки ПРС. Целями обработки ПРС являются выделение полезного сигнала биений из смеси его с помехами и измерение информативного параметра этого сигнала — разностной частоты Р,ь. Первая из этих целей достигается соответствующей фильтрацией ПРС, а вторая — выбором наиболее подходящего способа построения измерителя частоты. удвщ~ прс ° р и ° ° у р.д всего диапазона возможных при работе РВ разностных частот от Рр ш„ до Р„„„„, связанных с диапазоном определяемых высот Н м — Н соотношением (9Л). Такая фильтрация используется в неследящих РВ (см. рис. 9.2).
Выполняющий функцию частотной селекции УНЧ имеет полосу проиускания, в несколько десятков раз превышающую ширину спектра гзг„ определяемую из (9.4). Нео~тимальность тракта обработки (УНЧ) приводит к снижению эффективности фильтрации и, как следствие, к уменьшению помехоустойчивости и точности РВ. Поэтому в РВ повышенной точности применяют близкую к согласованной фильтрацию, когда ширина полосы пропускания тракта обработки определяется узкополосным фильтром (УПФ), ширина полосы пропускания которого опт„в = АР„где ЬР, — ширина спектра ПРС. Подобные РВ представляют собой следящие за частотой устройства, обладающие повышенной точностью, Последнее обстоятельство н высокая эффективность фильтрации ПРС привели к преимущественному применению следящих РВ. Способы пост оеиия изме ителей частоты ПРС.
Простейший и широко используемый способ построения РВ основан на непосредственном измерении частоты ПРС с помощью аналогового счетчика нулей (числа переходов напряжения ПРС через нулевое значение). Этот счетчик отличается простотой, но ему свойственен серьезный недостаток— методическая погрешность дискретности отсчета ЬН. Причина появления этой погрешности кроется в дискретном характере спектра ПРС. При полете ЛА над гладкой поверхностью (бетонированная ВПП или спокойное море) зондирующий сигнал отражается главным образом от точки, расположенной точно под ЛА, и первая дискретная составляющая спектра ПРС имеет частоту Р'„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
