調(diào)頻無線電高度表體制分析

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1、調(diào)頻無線電高度表體制分析1概述無線電高度表能在各種氣候條件下精確測(cè)量飛行體離地或海面的實(shí)際高度，它廣泛應(yīng)用航空、航天等領(lǐng)域。如飛機(jī)的進(jìn)場(chǎng)著陸時(shí)提供實(shí)時(shí)高度，軍用飛機(jī)對(duì)地轟炸攻擊、導(dǎo)彈超低空飛行、巡航彈的地形匹配等等都需無線電高度表提供飛行體離地精確高度，因此無線電高度表是飛機(jī)及各種飛行器必不可少的電子設(shè)備。無線電高度表根據(jù)發(fā)射信號(hào)的調(diào)制不同，一般可分為脈沖體制、調(diào)相體制和調(diào)頻連續(xù)波體制。調(diào)相體制由于線路復(fù)雜，國內(nèi)外已很少應(yīng)用，應(yīng)用較多的是脈沖體制和調(diào)頻連續(xù)波體制兩種。這兩種體制如果沒計(jì)得好都能達(dá)到很好的測(cè)高精度和測(cè)高范圍，但相比之下連續(xù)波調(diào)頻體制較脈沖體制有線路

2、簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)、可靠性高，體積、重量小、抗干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此隨著調(diào)頻體制理論的不斷完善，目前國內(nèi)外應(yīng)用的無線電高度表絕大部分采用連續(xù)波調(diào)頻體制。調(diào)頻體制無線電高度表一般由接收發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收天線、發(fā)射電纜、接收電纜和高度指示器（高度顯示器）組成。調(diào)頻體制無線電高度表原理方框圖如??1.所示：調(diào)頻無線電高度表發(fā)射機(jī)是一個(gè)調(diào)頻振蕩器，它受調(diào)制器調(diào)制，產(chǎn)生連續(xù)波調(diào)頻信號(hào)。調(diào)制形式可以是三角波調(diào)制、鋸齒波調(diào)制或正弦波調(diào)制。前兩種是線性調(diào)頻，后者是非線性調(diào)頻。發(fā)射機(jī)輸出調(diào)頻信號(hào)如圖2所示（為說明方便這兒把發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化成單一頻譜信號(hào)慮）。圖中F為調(diào)頻信號(hào)的最大

3、頻率與最小頻率之差，稱為調(diào)頻頻偏；τ為電波從發(fā)射天線至地面再反射回到接收天線所產(chǎn)生的延遲時(shí)間，τ2H/C（C為無線電波在空中傳播速度，H為飛行器高度）；ｆb為差拍信號(hào)，它是某一時(shí)刻發(fā)射信號(hào)頻率（直達(dá)信號(hào)頻率）與回波信號(hào)頻率之差；Tm為調(diào)制周期。收發(fā)機(jī)計(jì)算調(diào)制器差拍信號(hào)放大器電路發(fā)射機(jī)高度輸出耦合器混頻器高度指示器發(fā)射電纜接收電纜發(fā)射天線接收天線圖1無線電高度表原理方框圖ｆFｆbτtTm（圖中實(shí)線為發(fā)射信號(hào)，虛線為回波信號(hào)）圖2發(fā)射信號(hào)、回波信號(hào)示意圖發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)的大部分能量通過發(fā)射電纜饋送給發(fā)射天線向地面發(fā)射，另外，通過耦合器耦合出一小部分能量（也稱直達(dá)信號(hào)）

4、輸給混頻器作為本振信號(hào)，這兒要指出的是直達(dá)信號(hào)除能量大小之外其余性質(zhì)與發(fā)射信號(hào)完全相同，利用幾何學(xué)中三角形相似原理我們可以得到以下比例式：Tmfb2F把τ2H/C代入上式經(jīng)整理得到：CfbTmH……………………………………….（1）4F此公式為調(diào)頻無線電高度表基本測(cè)高公式。當(dāng)無線電高度表內(nèi)部電路中Tm和F恒定時(shí)，計(jì)算電路只要測(cè)出差拍信號(hào)的頻率則可得到飛機(jī)離地高度值。此高度值除了輸給其它需要高度數(shù)據(jù)的其它機(jī)載電子設(shè)備外，它同時(shí)還輸給安裝在駕駛艙儀表板上的高度指示器，供飛行員觀察飛機(jī)高度。此類無線電高度表由于調(diào)制周期為恒定值，所以稱為恒定調(diào)制周期體制無線電高度表。混

5、頻器輸出的差拍信號(hào)是非常微弱的，它必須經(jīng)過差拍信號(hào)放大器放大后才給計(jì)算電路?；夭ㄐ盘?hào)隨高度增加按-6dB/倍頻程的規(guī)律而減小，所以差拍信號(hào)放大器的放大量應(yīng)按頻率增加（相當(dāng)于高度增加）而增大。上面的分析中，為了說明問題方便，我們把調(diào)頻發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化成單一頻譜信號(hào)，其實(shí)并不然。例如正弦調(diào)頻信號(hào)（三角波或鋸齒波可分解成各次諧波的正弦信號(hào)），它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為eεsin（0tsinmt）…………………………………（2）m式中：----發(fā)射信號(hào)中心角頻率，它等于2πfＯ----調(diào)頻帶寬，它等于2πf或πFm----調(diào)制角頻率將此表示式用貝塞爾函數(shù)展開，則可看到它是一個(gè)離散頻譜

6、，但利用基本測(cè)高公式來計(jì)算被測(cè)高度除了特定情況以外（如很低高度），它還是精確有效的。二無線電高度表調(diào)頻體制分析公式（2.22）是調(diào)頻體制無線電高度表的基本測(cè)高公式，從中可看到高度H是Tｍ、ｆｈ和△F的三元函數(shù)，HФ（Tｍ、ｆｂ、ΔF）。為使計(jì)算高度方便，在無線電高度表設(shè)計(jì)時(shí)往往把此三項(xiàng)參數(shù)中有兩項(xiàng)選為恒定，那末第三項(xiàng)參數(shù)就是高度的單一函數(shù)。根據(jù)恒定參數(shù)選擇的不同就產(chǎn)生了各種不同體制的無線電高度表，通常有恒定調(diào)制周期體制無線電高度表、恒定差拍頻率體制無線電高度表、以及派生的恒定調(diào)頻速率體制無線電高度表和延遲率恒定體制無線電高度表。由于這些體制共同特點(diǎn)是設(shè)計(jì)時(shí)把其中

7、其幾項(xiàng)參數(shù)設(shè)為恒定，因此通稱為“恒定體制”無線電高度表。隨著調(diào)頻理論的發(fā)展最近出現(xiàn)一種與此相反的“非恒定體制”無線電高度表，顧名思義就是三項(xiàng)參數(shù)均不再恒定。１恒定調(diào)制周期體制恒定調(diào)制周期體制也稱恒定調(diào)制頻率體制，此體制除了調(diào)頻頻偏保持恒定外，還把調(diào)制周期（調(diào)制頻率）保持恒定。這時(shí)公式（1）可改寫成HAｆｂ………………………………………………………（3）CTm式中A，當(dāng)恒定后系數(shù)A為常數(shù)，公式（3）為一元線性函數(shù)。根4F據(jù)此公式，只要測(cè)出差拍頻率的值再乘上系數(shù)A就可計(jì)算出飛機(jī)飛行高度。無線電高度表最早采用的是恒定調(diào)制頻率體制，至今仍被廣泛應(yīng)用。在美國，調(diào)頻無線電高

8、度表基本上均采用此體制，