CN105910578A - 一体化气压无线电复合测高设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一体化气压无线电复合测高设备，包括：气压传感器，气压传感器实现当前气压值测量，通过测量当前气压值间接测量出飞行器飞行高度；无线测高前端设备，通过测量出时间差即可计算出测量高度结果；一体化机构，一体化机构包括无线电测高天线、气压测量口和温度传感器；信号处理控制单元，信号处理控制单元采用专用高速信号处理器。本发明具有测高功能全面，工作稳定可靠，体积小，重量轻，安装使用方便的特点，可用于飞机、无人机等航空器测高使用。

Description

一体化气压无线电复合测高设备
技术领域
本发明涉及到航空器测高技术领域，具体涉及一种一体化气压无线电复合测高设备，本发明可用于飞机、无人机等航空器测高使用。
背景技术
测高设备是一种测量与指示飞行器距海平面或地面垂直距离的仪表，从其工作原理来划分，可分为气压高度表与无线电高度表两种。气压高度表通过测量气压间接测量出飞行器飞行高度(绝对高度，距海拔面高度)，无线电高度表利用测量电磁波传播延迟的原理来确定地球表面上空飞行器相对高度。
随着导航定位技术、飞控技术的发展，对高度测量提出了多传感器数据融合的使用要求，目前飞行器导航系统都分别安装气压高度表、无线电高度表以得到飞行器气压高度、无线电高度并通过机载计算机通过计算获得飞行器地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度等信息。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种一体化气压无线电复合测高设备，其是具有气压测高、无线电测高同时复合工作的一体化测高设备。系统综合应用气压测高、无线电测高、信息复合处理控制、一体化无线电测高天线、气压测量口、温度传感器设计、小型化微组装等技术，通过建立一体化气压无线电复合测高技术架构，实现飞行器测高效果的有效提高。
根据本发明的一个方面，提供一种一体化气压无线电复合测高设备，其特征在于，包括：
气压传感器，气压传感器实现当前气压值测量，通过测量当前气压值间接测量出飞行器飞行高度；
无线测高前端设备，无线测高前端设备工作时，发射机经发射天线向地面发射无线电波，接收机将先后接收到的由发射机直接传来的电波和经地面反射后的回波进行比较，两信号之间存在有时间差，其正比于被测高度，通过测量出时间差即可计算出测量高度结果；
一体化机构，一体化机构包括无线电测高天线、气压测量口和温度传感器，系统气压测高需要设备具有气压测量口实现外部空气至设备气压传感器的导入，系统无线电测高需要无线电测高天线发射和接收无线电信号，系统气压测高补偿和无线电测高补偿需要通过温度传感器获得当前设备环境温度；
信号处理控制单元，信号处理控制单元采用专用高速信号处理器，从气压传感器获得当前气压测量值并通过运算获得当前气压高度，从无线测高前端获得包含时延信息的发射与接收信号的差拍频率信号通过采样计算处理获得当前相对高度。
优选地，所述无线测高前端设备采用连续波调频体制，发射一个频率随时间变化的信号，接收的回波信号具有与高度相一致的时间延迟。
优选地，所述一体化机构实现多种模块一体化安装架构。
优选地，所述信号处理控制单元从系统温度传感器获得当前设备环境温度，通过系统补偿算法修正设备测量的气压高度和无线电高度以提高设备的测高精度，信号处理控制单元还能能够过对测得的气压高度和无线电高度进行运算获得当前的地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度。
优选地，所述无线测高前端设备连接无线电测高天线和信号处理控制单元实现无线电测高工作；所述气压传感器连接气压测量口与信号处理控制单元，实现气压测高工作；所述信号处理控制单元连接气压传感器、无线测高前端和温度传感器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明通过无线电/气压测高功能复用，提高测高设备工作稳定性与可靠性。由于系统将两个分离的测高设备(无线电高度表、气压高度表)融合成一个设备，电路与结构的减少将有效减小无线电/气压复合测高设备的功率消耗和体积重量。本发明采用气压高度及无线电高度数据融合设计方法，测高设备可根据用户需要输出飞行器气压高度、无线电高度、地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度等信息。本发明采用一体化无线电测高天线/气压测量口/温度传感器设计并和设备结构外形共形设计，有效减小了设备体积和方便安装。本发明具有测高功能全面，工作稳定可靠，体积小，重量轻，安装使用方便的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一体化气压无线电复合测高设备的原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明包括一体化气压无线电复合测高设备包括：
气压传感器，气压传感器实现当前气压值测量；根据大气层的组成及特点，可知大气的气压随着高度地增加而减小，通过测量当前气压值可间接测量出飞行器飞行高度(绝对高度，距海拔面高度)。
无线测高前端设备，无线测高前端设备工作时，发射机经发射天线向地面发射无线电波，接收机将先后接收到的由发射机直接传来的电波和经地面反射后的回波进行比较，两信号之间存在有时间差，其正比于被测高度，通过测量出时间差即可计算出测量高度结果。无线测高前端设备采用连续波调频体制，发射一个频率随时间变化的信号，接收的回波信号具有与高度相一致的时间延迟。发射与接收信号的差拍频率输出是延迟时间的函数，因而也是高度的函数。连续波调频体制具有可靠性高、发射功率小、线路简单、高度分辨率高、回波信号强、抗干扰能力强等优点。因此目前国内外实用的无线电测高设备大多采用调频体制。
一体化机构，一体化机构包括无线电测高天线、气压测量口和温度传感器，系统气压测高需要设备具有气压测量口实现外部空气至设备气压传感器的导入，系统无线电测高需要无线电测高天线发射和接收无线电信号，系统气压测高补偿和无线电测高补偿需要通过温度传感器获得当前设备环境温度。一体化机构实现多种模块一体化安装架构，并和设备结构外形共形设计，有效减小了设备体积和方便安装。
信号处理控制单元，信号处理控制单元采用专用高速信号处理器，从气压传感器获得当前气压测量值并通过运算获得当前气压高度，从无线测高前端获得包含时延信息的发射与接收信号的差拍频率信号通过采样计算处理获得当前相对高度。信号处理控制单元从系统温度传感器获得当前设备环境温度，通过系统补偿算法修正设备测量的气压高度和无线电高度以提高设备的测高精度，信号处理控制单元还能能够过对测得的气压高度和无线电高度进行运算获得当前的地形平均高度(气压高度-无线电高度)、飞行器垂直速度、垂直加速度等信息。
无线测高前端设备通过无线电发射接收天线发射接收微波信号，包含有时延信息的测高差拍信号送至信号处理控制单元经过信号处理计算得到无线电测高数据。气压传感器通过气压测量口对当前空气气压进行测量，气压测量值送至信号处理控制单元经过计算得到气压测高数据。信号处理控制单元从气压传感器获得当前气压测量值并通过运算获得当前气压高度，从无线测高前端获得包含时延信息的发射与接收信号的差拍频率信号通过采样计算处理获得当前相对高度。信号处理控制单元从系统温度传感器获得当前设备环境温度，通过系统补偿算法修正设备测量的气压高度和无线电高度以提高设备的测高精度，信号处理控制单元还能能够过对测得的气压高度和无线电高度进行运算获得当前的地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度等信息。由于系统由信号处理控制单元统一进行气压测高、无线电测高、温度补偿信号处理及计算，有效减小了设备电路与结构重量。信号处理控制单元通过计算可根据用户需要输出飞行器气压高度、无线电高度、地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度等信息，有效增加了测高设备的测高功能。一体化机构采用了与测高设备结构上盖板共形设计统一安装，有效减小了设备体积和方便设备在飞行器上的安装。
本发明针对气压和无线电测高设备只能单独测高提供气压或无线电测高数据，无法提供气压无线电复合高度数据和地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度等运算数据的缺点。本发明通过无线电、气压测高功能复用，提高测高设备工作稳定性与可靠性。由于系统将两个分离的测高设备(无线电高度表、气压高度表)融合成一个设备，电路与结构的减少将有效减小无线电/气压复合测高设备的功率消耗和体积重量。本发明用气压高度和无线电高度数据融合方法，测高设备可同时根据用户需要输出飞行器地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度等信息。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种一体化气压无线电复合测高设备，其特征在于，包括：
气压传感器，气压传感器实现当前气压值测量，通过测量当前气压值间接测量出飞行器飞行高度；
无线测高前端设备，无线测高前端设备工作时，发射机经发射天线向地面发射无线电波，接收机将先后接收到的由发射机直接传来的电波和经地面反射后的回波进行比较，两信号之间存在有时间差，其正比于被测高度，通过测量出时间差即可计算出测量高度结果；
一体化机构，一体化机构包括无线电测高天线、气压测量口和温度传感器，系统气压测高需要设备具有气压测量口实现外部空气至设备气压传感器的导入，系统无线电测高需要无线电测高天线发射和接收无线电信号，系统气压测高补偿和无线电测高补偿需要通过温度传感器获得当前设备环境温度；
信号处理控制单元，信号处理控制单元采用专用高速信号处理器，从气压传感器获得当前气压测量值并通过运算获得当前气压高度，从无线测高前端获得包含时延信息的发射与接收信号的差拍频率信号通过采样计算处理获得当前相对高度。
2.根据权利要求1所述的一体化气压无线电复合测高设备，其特征在于，所述无线测高前端设备采用连续波调频体制，发射一个频率随时间变化的信号，接收的回波信号具有与高度相一致的时间延迟。
3.根据权利要求1所述的一体化气压无线电复合测高设备，其特征在于，所述一体化机构实现多种模块一体化安装架构。
4.根据权利要求1所述的一体化气压无线电复合测高设备，其特征在于，所述信号处理控制单元从系统温度传感器获得当前设备环境温度，通过系统补偿算法修正设备测量的气压高度和无线电高度以提高设备的测高精度，信号处理控制单元还能能够过对测得的气压高度和无线电高度进行运算获得当前的地形平均高度、飞行器垂直速度、垂直加速度。
5.根据权利要求1所述的一体化气压无线电复合测高设备，其特征在于，所述无线测高前端设备连接无线电测高天线和信号处理控制单元实现无线电测高工作；所述气压传感器连接气压测量口与信号处理控制单元，实现气压测高工作；所述信号处理控制单元连接气压传感器、无线测高前端和温度传感器。
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