CN110873865B - 无线电高度表的垂直速度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无线电高度表的垂直速度测试方法，主要解决现有调频连续波恒定差拍体制无线电高度表输出的垂直速度无法测试的问题。其实现方案是：1.生成方波信号宽度T；2.根据方波信号宽度T生成测试方波T'；3.设置被测无线电高度表处于垂直速度测试模式，将测试方波T'输入到被测无线电高度表，实时计算出垂直速度V＝(H_i+1‑H_i)/t'_i，其中，H_i为第i个高度数据，H_i+1为第i+1个高度数据，t'_i为第i个与第i+1个高度数据的时间间隔。本发明能实时输出无线电高度表的垂直速度，具有较高的测试精度，能满足用户对无线电高度表垂直速度的使用要求，且测试方法简单，测试成本低，可用于调频连续波恒定差拍体制的无线电高度表参数测试。

Description

无线电高度表的垂直速度测试方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，尤其涉及一种高度表的垂直速度测试方法，可用于调频连续波恒定差拍体制的无线电高度表参数测试。

背景技术

无线电高度表原本用于精确地测量载机距地面或水面的真实高度，并将高度信息提供给飞控计算机，控制载机的起飞和着陆。无人机的用户为了载机的自动起飞和着陆，要求无线电高度表不仅能够输出距地面或水面的真实高度，而且要在距离机场较近时能够输出垂直速度。

早期的无线电高度表输出的垂直速度只是作为一个功能指标提供给载机的飞控计算机使用，而不对无线电高度表输出的垂直速度进行测试。随着近几年国内无人机的迅速发展，新用户要求无线电高度表的垂直速度可测试。现有技术中目前没有无线电高度表垂直速度的测试方法，阻碍垂直速度在指标规定误差范围进行定标的实现，因而不能满足用户的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无线电高度表的垂直速度测试方法，以实时输出调频连续波恒定差拍体制下无线电高度表的垂直速度，满足用户的使用要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)生成方波信号宽度T：

(1a)根据研制方需求设定初始高度参数H₀，计算方波信号的初始宽度参数T₀：

T₀＝2(F·H₀)/(f·C)

其中，F为调频连续波恒定差拍体制无线电高度表的调制频偏，f为调频连续波恒定差拍体制无线电高度表的差拍频率，C为光速；

(1b)根据研制方需求设定垂直速度参数V_H，计算方波信号的变化速度参数V_T：

V_T＝2(F·V_H)/(f·C)

(1c)根据(1a)和(1b)的结果，生成方波信号宽度T：

T＝T₀+V_T·t

其中，t为测试方波的持续时间；

(1d)将方波信号宽度T与研制方需求规定的边界宽度T_max进行比较，若T≤T_max，则输出方波信号宽度T，执行(2),若T＞T_max，则将t置为0，重新开始计时，返回(1c)；

(2)方波发生器根据方波信号宽度T生成测试方波T'；

(3)设置被测无线电高度表处于垂直速度测试模式，将测试方波T'输入到被测无线电高度表，被测无线电高度表根据输入的测试方波T'的高电平持续时间k，实时计算出自身的高度数据H和垂直速度数据V：

H＝(k·C·f)/(2F)

V＝(H_i+1-H_i)/t'_i

其中，H_i为计算出的第i个高度数据，H_i+1为计算出的第i+1个高度数据，t'_i为第i个高度数据与第i+1个高度数据的时间间隔。

本发明具有如下优点：

1)本发明能实时输出无线电高度表的垂直速度，为垂直速度在指标规定误差范围进行定标的实现提供了解决方法，满足了用户对无线电高度表垂直速度的使用要求，且测试方法简单，测试成本低。

2)通过将地面仿真测试过程中被测无线电高度表计算得出的高度表垂直速度V的数据与空中测试的理论结果进行比较，两者的差值最低能够达到±0.01m/s，表明本发明具有较高的测试精度，能够满足用户的使用要求。

2)通过将计算出的垂直速度V与设定的垂直速度参数V_H进行比较，两者的差值最低能够达到±0.01m/s，表明本发明具有较高的测试精度，能够满足用户的使用要求。

附图说明

图1为本发明的实现流程图；

图2是本发明中生成方波信号宽度的子流程图；

图3是本发明中生成测试方波的子流程图；

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述：

参考图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1，生成方波信号宽度T。

如图2所示，本步骤的具体实现如下：

(1a)根据研制方需求设定初始高度参数H₀，计算方波信号的初始宽度参数T₀：

T₀＝2(F·H₀)/(f·C) <1>

其中，F为调频连续波恒定差拍体制无线电高度表的调制频偏，f为调频连续波恒定差拍体制无线电高度表的差拍频率，C为光速；

本实例中，人工输入初始高度参数H₀＝6m，其它参数F＝164MHz、f＝25KHz、C＝3×10⁸m/s，计算出方波信号的初始宽度参数T₀＝262.4μs；

(1b)根据研制方需求设定垂直速度参数V_H，计算方波信号的变化速度参数V_T：

V_T＝2(F·V_H)/(f·C) <2>

本实例中，人工输入垂直速度参数V_H＝3m/s，计算出方波信号的初始宽度参数V_T＝1.312×10^-4；

(1c)根据(1a)和(1b)的结果，生成方波信号宽度T：

T＝T₀+V_T·t <3>

其中，t为测试方波的持续时间；

本实例中，通过T₀＝262.4μs和V_T＝1.312×10^-4两个参数得到方波信号宽度T＝(2.624+1.312t)×10^-4s；选用测试方波持续时间t＝10s，通过公式<3>计算出的方波信号宽度T＝0.0015744s

(1d)将方波信号宽度T与研制方需求规定的边界宽度T_max进行比较，

若T≤T_max，则输出方波信号宽度T，执行步骤2，

若T＞T_max，则将持续时间t置为0，重新开始计时，返回(1c)；

本实例中，研制方需求的边界宽度取300m，即T_max＝1.312×10^-2s。

步骤2，方波发生器根据方波信号宽度T生成测试方波T'。

如图3所示，本步骤的具体实现如下：

(2a)使用FPGA搭建一个方波发生器：

该方波发生器包括数据读取模块、数据存储模块和测试方波生成模块，其中：

数据读取模块，用于实时读取方波信号宽度T的数值；

数据存储模块，用于对存储于寄存器中的数据Reg进行更新；

测试方波生成模块，用于在每一次方波生成前先读取寄存器中的数据Reg，并输出包含垂直速度信息的方波信号；

本实例选用但不限于ALTERA公司的cyclone系列的EP1C60240C8N芯片，使用的时钟频率f1选用但不限于50MHz，使用的FPGA供电电压选用但不限于5V；

(2b)数据读取模块与数据存储模块对方波信号宽度进行读取和更新：

数据读取模块在每个时钟周期读取一次数据总线上方波信号宽度的数值T；数据存储模块在上电初始化时对寄存器中的数据Reg进行清零，初始化完成后将数据读取模块读取到方波信号宽度的数值T存储到寄存器中，并对寄存器内Reg的值进行更新；

本实例中，选用测试方波持续时间t＝10s，此时计算出的方波信号宽度T＝0.0015744s，数据读取模块对此值进行读取，数据存储模块将寄存器内Reg的值更新为0.0015744；

(2c)测试方波生成模块生成动态测试方波T'：

测试方波生成模块读取寄存器中的数据Reg，先输出一个电压幅度为0V的低电平信号，持续时间600μs，再把低电平信号转为电压幅度为5V或3.3V的高电平信号，高电平信号持续时间与读取寄存器中的数据Reg相同，重复此动作即生成了测试方波，测试方波的高电平持续时间的变化速度即代表了垂直速度的变化速度，具体实现如下：

(2c1)测试方波生成模块读取寄存器中数据Reg的值；

(2c2)测试方波生成模块输出为一个持续时间为600μs，电压幅度为0V的低电平信号，具体实现如下：

第一计数器m从0开始计数，且每经过1个时钟周期其数值增加1；

当m≤(600μs)·f1时，输出电压幅度为0V的低电平信号；

当m＞(600μs)·f1时，执行(2c3)；

(2c3)测试方波生成模块将输出的低电平信号转为电压幅度为5V或3.3V的高电平信号，该高电平信号的持续时间k与读取寄存器中的数据Reg数值相同，具体实现如下：

第二计数器n从0开始计数，且每经过1个时钟周期其数值增加1；

当n≤k·f1时，输出电压幅度为5V或3.3V的高电平信号；

当n＞k·f1时，返回(2c1)；

(2c4)重复(2c1)～(2c3)生成电压幅度值在0V～5V或0V～3.3V间变化的测试方波T'，测试方波的高电平持续时间的变化速度即代表了垂直速度的变化速度；

本实例中，测试方波持续时间t＝10s时，通过方波发生器生成的测试方波T'是一个电压幅度为0V的低电平信号，持续时间600μs，再把低电平信号转为电压幅度为5V的高电平信号，持续时间1.5744ms。

步骤3，设置被测无线电高度表处于垂直速度测试模式。

在被测无线电高度表输入端的测试控制端口连接一个垂直速度测试转换开关，即将该测试转换开关的一端接地，另一端通过测试电缆与被测无线电高度表的测试控制端口接通；当垂直速度测试转换开关打开时，被测无线电高度表处于正常工作模式，当垂直速度测试转换开关闭合时，被测无线电高度表处于垂直速度测试模式。

步骤4，对被测无线电高度表垂直速度进行测试。

在被测无线电高度表处于垂直速度测试模式下时，将测试方波T'输入到被测无线电高度表的方波钳位电路前端，被测无线电高度表根据输入的测试方波T'的高电平持续时间k，实时计算出自身的高度数据H和垂直速度数据V：

H＝(k·C·f)/(2F) <4>

V＝(H_i+1-H_i)/t'_i <5>

其中，H_i为计算出的第i个高度数据，H_i+1为计算出的第i+1个高度数据，t'_i为第i个高度数据与第i+1个高度数据的时间间隔。

本实例中，取两个连续的测试方波时间，t₁＝10s和t₂＝10.0021744s；t₁＝10s时，测试方波T'₁的高电平持续时间k₁＝1.5744ms，计算出高度数据H₁＝36m；t₂＝10.0021744s时，测试方波T'₂的高电平持续时间k₂＝1.57468528×10^-3s，计算出高度数据H₂＝36.0065232m；时间间隔t'₁＝0.0021744s；通过公式<5>得出垂直速度V＝(H₂-H₁)/t'₁＝3m/s。

上述实例得出的垂直速度V＝3m/s为理论结果，地面仿真测试过程中由于系统误差，被测无线电高度表计算得出的高度表垂直速度V的数据范围为2.99m/s～3.01m/s，将该地面仿真实测数据与空中测试的理论结果V＝3m/s进行比较，两者的误差为±0.01m/s，能够满足用户提出的±0.2m/s的测试使用要求。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无线电高度表的垂直速度测试方法，其特征在于，包括如下：

(1)生成方波信号宽度T：

(1a)根据研制方需求设定初始高度参数H₀，计算方波信号的初始宽度参数T₀：

T₀＝2(F·H₀)/(f·C)

其中，F为调频连续波恒定差拍体制无线电高度表的调制频偏，f为调频连续波恒定差拍体制无线电高度表的差拍频率，C为光速；

(1b)根据研制方需求设定垂直速度参数V_H，计算方波信号的变化速度参数V_T：

V_T＝2(F·V_H)/(f·C)

(1c)根据(1a)和(1b)的结果，生成方波信号宽度T：

T＝T₀+V_T·t

其中，t为测试方波的持续时间；

(1d)将方波信号宽度T与研制方需求规定的边界宽度T_max进行比较，若T≤T_max，则输出方波信号宽度T，执行(2)，若T＞T_max，则将t置为0，重新开始计时，返回(1c)；

(2)方波发生器根据方波信号宽度T生成测试方波T'；

(3)设置被测无线电高度表处于垂直速度测试模式，将测试方波T'输入到被测无线电高度表，被测无线电高度表根据输入的测试方波T'的高电平持续时间k，实时计算出自身的高度数据H和垂直速度数据V：

H＝(k·C·f)/(2F)

V＝(H_i+1-H_i)/t'_i

其中，H_i为计算出的第i个高度数据，H_i+1为计算出的第i+1个高度数据，t'_i为第i个高度数据与第i+1个高度数据的时间间隔。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(2)所述的方波发生器根据方波信号宽度T生成测试方波T'，实现如下：

(2a)由FPGA搭建方波发生器，实时读取数据线上传输过来的方波信号宽度T的数值，并对存储于寄存器中的数据Reg进行更新；

(2b)生成测试方波T'：

(2b1)读取寄存器数据Reg的值；

(2b2)第一计数器m从0开始计数，且每经过1个时钟周期其数值增加1，当m≤(600μs)·f1时，输出电压幅度为0V的低电平信号，当m＞(600μs)·f1时，执行(2b3)，其中，f1为FPGA的时钟频率；

(2b3)第二计数器n从0开始计数，且每经过1个时钟周期其数值增加1，当n≤Reg·f1时，输出电压幅度为5V或3.3V的高电平信号，当n＞Reg·f1时，返回(2b1)；

(2b4)重复(2b1)～(2b3)，用(2b2)中的低电平信号和(2b3)中的高电平信号组成电压幅度值在0V～5V或0V～3.3V间变化的测试方波T'。

3.根据权利要求1所述的方法，其中(3)设置被测无线电高度表处于垂直速度测试模式，是在被测无线电高度表输入端的测试控制端口连接一个垂直速度测试转换开关，即将该测试转换开关的一端接地，另一端通过测试电缆与被测无线电高度表的测试控制端口接通；当垂直速度测试转换开关打开时，被测无线电高度表处于正常工作模式，当垂直速度测试转换开关闭合时，被测无线电高度表处于垂直速度测试模式。

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