Радиотехнический метод измерения высоты полета. Функциональные схемы радиовысотомеров больших и малых высот. Особенности эксплуатации, погрешности. Технические характеристики и область применения современных радиовысотомеров и перспективы развития.

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. В радиовысотомерах применяется радиолокационный принцип определения расстояния (высоты) по отраженному сигналу. Передатчик радиовысотомера  формирует колебания, которые с помощью передающей антенны А-1 направляются в сторону земной поверхности. Отраженный сигнал поступает на приемную антенну А-2 и приемник. Измеритель высоты ИВ вырабатывает напряжение, пропорциональное времени прохождения сигнала до земной поверхности и обратно, т.е. пропорциональное истинной высоте.

Для измерения высоты используются частотный и временной (импульсный) методы. Соответствующие РВ называют  частотными и импульсными. В зависимости от максимальной измеряемой высоты различают РВ малых и больших высот.

Радиовысотомеры малых высот (до 1500 м) применяют главным образом для управления ЛА в вертикальной плоскости  в системах захода на посадку и автоматической посадки. Используются, в основном, РВ с изучением непрерывных частотно-модулированных колебаний.

Упрощенное объяснение этого метода состоит в следующем, генератор УВЧ через передающую антенну излучает по направлению к земле высокочастотные колебания, модулированные по частоте специальным частотным модулятором. Кроме того, колебания генератора подаются непосредственно к балансному декодеру (так называемый прямой сигнал).

Отраженные от земли частотно-модулированные высокочастотные колебания принимаются приемной антенной радиовысотомера и поступают на вход балансного декодера с запаздыванием по отношению к прямому сигналу на время

t= 2H/C

где Н – высота полета, С – скорость света.

В результате смещения прямого и отраженного сигналов на входе балансного детектора образуется результирующий сигнал, представляющий собой высокочастотные колебания, модулированные не только по частоте, но и по амплитуде.

Функциональная схема радиовысотомера РВ-5М (упрощенная)

 

Большинство РВ малых высот дают информацию не только о текущей высоте полета, но и о достижении самолетом установленной заданной высоты полета (или опасной высоты), а также о своей работоспособности. Эта информация обычно в виде постоянных напряжений поступает на индикаторы РВ и в вычислитель системы управления ЛА.

 

Основные тактико-технические данные радиовысотомера малых высот РВ-5М

 

1. Диапазон измеряемых высот:

1 диапазон - 0-120 м.

2 диапазон - 100 - 1200 м.

 2.Погрешность измерения высоты:

       1 диапазон - +/-2 м +/-5% от измеряемой высоты.

       2диапазон - +/-20 м +/-5% от измеряемой высоты.

3. Несущая частота передатчика - 444+/-2 МГц.

4. Полоса качания частоты:

     1 диапазон - 37 +/-4 МГц.

     2 диапазон - 4 МГц.

5.Частота модуляции – 124±3 Гц.

6. Излучаемая мощность - не менее 0,15 Вт.

7. Общая чувствительность:

1 диапазон - не менее 80 ДБ. 2диапазон - не менее 70 ДБ.

8.    Первичный источник питания - бортсеть постоянного тока напряжением 26,5±10% в.

9. Потребляемая мощность - не более 70 Вт.

10. Вес без кабелей - 14 кг

 

Радиовысотомеры больших высот (до 30 км) применяют как вспомогательное навигационное средство при аэрофотосъемке местности и для других целей. Данные РВ используют излучение импульсных колебаний.

Передатчик генерирует высокочастотные импульсы длительностью. Т=0,5 мксек. Частота следования их задается синхронизатором. Зондирующие импульсы излучаются передающей антенной, достигают земной поверхности и, отражаясь от нее, принимаются приемной антенной. С выхода приемника усиленные и преобразованные сигналы поступают на индикатор. Индикатор высоты, в качестве которого используется электроннолучевая трубка, имеет кольцевую линию развертки, образованную в результате подачи на отклоняющие пластины синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 градусов. Длительность развертки равна периоду следования зондирующих импульсов. Шкала радиовысотомера рассчитана на измерение до 15000 м. Соответствующая этому масштабу длительность развертки

Т1=2 (Нмах /С)=100,079 мксек

Здесь С=299762 км/сек - скорость распространения радиоволн в атмосфере. Определяемая периодом синусоидальных колебаний частота следования зондирующих импульсов оказывается при этом равной F_И=1/T1=9,992 КГЦ.

С целью более точного определения высоты в радиовысотомере применяют второй масштаб с пределами измерения от 0 до 1500 м. при этом масштабе длительность развертки Т2-2Нмакс/С = 10,0079 мксек, а частота следования зондирующих импульсов F_И=1/Т2 =99,921 кгц.

Расстояние между передними фронтами зондирующего и отраженного импульсов по дуге окружности развертки в масштабе шкалы высот пропорционально измеряемой высоте полета. Для отсчета высоты применяется масштабная шкала в метрах, нанесенная на прозрачном органическом стекле и наложенная на экран электронно-лучевой трубки.

Функциональная схема радиовысотомера РВ-25

Основные тактико-технические данные радиовысотомера больших высот.

1.Диапазон измеряемых высот от 100 до 17000 м.

2. Погрешность измерения высоты:

      -на масштабе Mx l составляет 15 м±0,25% измеряемой высоты,

      -на масштабе Mx10 составляет 150м±0,25% измеряемой высоты.

3. Шкала индикатора отградуирована в метрах и содержит:

   -на масштабе Mxl - 1000м.

   -на масштабе Мх10 - 10000м.

4. Средняя мощность передатчика на масштабе Mxl - не более 0,2 вт       (Ри>=2,67).

5. Несущая частота передатчика 440+/-1 МГц.

6. Частота повторения импульсов:

    -на масштабе Mxl - 149895+/-25 Гц.

     -на масштабе Мх10 - 14989+/-20 Гц.

7. Длительность зондирующего импульса - 0,5 мксек.

8. Ширина полосы пропускания приемника - не менее 5 кГц.

9. Промежуточная частота - 30 МГц.

10. Чувствительность приемника - не хуже 30 мкВ (при соотношении сигнала к шуму, равном 4).

11. Общая чувствительность радиовысотомера по тестеру Т-1 - не менее 106 ДБ.

12. Потребляемая от сети 115 в, 400 Гц мощность - не более 140 Вт.

13. Вес полного комплекта - около 30 кг.

Погрешности радиовысотомеров больших и малых высот.

Первую группу образуют методические, связанные со случайным характером принятого сигнала, изменением рассеивающих свойств земной поверхности в процессе полета влиянием крена и тангажа ЛА, флуктуациями сигнала из-за процесса рассеяния ЭМ волн, шумами внешнего и внутреннего происхождения.

Вторая группа связана с динамическими ошибками. В радиовысотомерах они возникают из-за маневров ЛА: измерение высоты сильнопересеченного рельефа, использования РВ в системах управления самолета и других случаях.

Третью группу составляют инструментальные (аппаратурные) погрешности, связанные с прохождением сигналов через антенно-фидерные, приемно-передающие и измерительные тракты РВ, а также ошибки из-за схемных конструктивных и технологических решений конкретных блоков РВ.