CN115136029A - 高度计测试设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于测试高度计的设备和方法。射频(RF)信号能够从高度计接收并被传递通过RF延迟模块以延迟RF信号。延迟的RF信号能够被转换为光信号，该光信号能够被传递通过光延迟模块以延迟光信号。系统基于组合的RF信号延迟和光信号延迟来测试高度计的精度。

Description

高度计测试设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2020年2月12日提交的美国专利申请第16/789,012号的申请日并从中受益。本申请的全部内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及高度计，且更具体地涉及用于测试高度计的精度的设备和方法。

背景

无线电高度计一般在航空器中使用以确定航空器的高度。图1示出了具有处理器12和存储器14的示例性无线电高度计10。存储器14包括当由处理器12执行时使发射天线16向地面20发射信号18的指令。发射信号18由地面20反射，并且返回信号22由接收天线24检测。高度计10包括时钟26，该时钟26记录信号18的发射和返回信号22的接收之间的延迟。处理器12利用该延迟来基于以光速传播的信号确定航空器的高度。

通常，使用对发射信号的合成延迟响应来测试高度计。也就是说，当高度计(以及随后的航空器)在地面上时，测试设备模拟到高度计的延迟信号。不幸的是，这些测试设备依赖于信号波形，并非在所有高度计上都是可操作的。因此，并不是所有的测试设备都提供可追踪的测量。仍然需要一种具有与波形无关的物理延迟的高度计测试设备。

概述

本公开包括在所附权利要求中所述的特征和/或以下特征中的一个或更多个，这些特征单独或以任何组合可以包括可申请专利的主题。

在一个实施例中，提供了一种测试高度计的方法。该方法由测试设备执行，且包括：输入测试高度(altitude)；从高度计接收射频(RF)信号；将所接收的RF信号传递通过至少一个延迟模块，以将该RF信号延迟对应于该测试高度的延迟；以及将延迟的RF信号发射到高度计。

在另一实施例中，提供了一种用于测试高度计的设备。该设备包括：输入设备，其用于输入测试高度；输入端，其用于从高度计接收射频(RF)信号；至少一个延迟模块，其用于将RF信号延迟对应于测试高度的延迟；以及输出端，其用于将延迟的RF信号发射到高度计。

附图简述

本公开中描述的概念在附图中以示例的方式而不是以限制的方式示出。为了说明的简单和清楚，图中所示的元素不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元素的尺寸可能相对于其他元素被放大。此外，在认为适当的情况下，参考标记在多个图中重复以指示对应的或类似的元素。详细描述特别提到附图，其中：

图1是现有技术高度计向地面发射信号并接收返回信号的示意图；

图2是根据所公开的原理构造的示例高度计测试设备的示意图，该高度计测试设备具有与光延迟模块串联的RF延迟模块；以及

图3是根据所公开的原理操作图2中所示的高度计测试设备以测试高度计(例如图1中所示的高度计)的示例方法的流程图。

附图的详细描述

虽然本公开的概念容许各种修改和可替代的形式，但其具体实施例已在附图中通过示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，无意将本公开的概念限制到所公开的特定形式，相反，意图是涵盖与本公开和所附权利要求一致的所有修改、等同物和替代方案。

在说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等的参考指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或可以不必包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定是指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应理解，结合其他实施例来实现这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内的，无论这些其他实施例是否被明确地描述。

在附图中，一些结构或方法特征可以以具体的布置和/或顺序示出。然而，应当认识到，可能不需要这样具体的布置和/或顺序。相反，在一些实施例中，这样的特征可以以与说明性附图中所示的不同的方式和/或顺序布置。另外，在特定附图中包括结构或方法特征并不意味着在所有实施例中都需要这种特征，并且在一些实施例中，这种特征可以不被包括或可以与其他特征组合。

参照图2，根据所公开原理的示例高度计测试设备100可以包括具有天线输入端106和天线输出端108的控制面板102。天线输入端106可以被配置成耦合到图1中所示的高度计10的发射天线16，以从高度计10接收发射信号18。输出端108可以被配置为耦合到图1中所示的高度计10的接收天线24，以将来自测试设备100的返回信号输出到高度计10。测试设备100可以被配置为模拟从高度计发射的信号的预定高度。例如，测试设备100可以被设置为模拟1000英尺的高度，如下面更详细地讨论的。在测试期间，高度计10向测试设备100发射信号18。测试设备100可以将信号18传递通过与1000英尺的高度相关/模拟1000英尺的高度的预定量的电缆(例如，2000英尺的电缆)，并将返回信号22发射到高度计10。如果高度计10工作正常，则高度计10将基于信号18的发射和返回信号22的接收之间的延迟检测到1000英尺的高度，其中该延迟是由信号传递通过与1000英尺高度相关/模拟1000英尺高度的预定量的电缆(例如，2000英尺的电缆)引起的。值得注意的是，测试设备100执行信号18的几次转换，如下面更详细地描述的。另外，测试设备100可以以10为增量测试10英尺和10,230英尺之间的任何预定高度，如下面更详细地描述的。

控制面板102可以包括被配置成执行电压驻波比(VSWR)测试的两个端口110、112，该测试是不同于本文描述的高度计精度测试的单独的功能。例如，VSWR测试可以用于确定无线电高度计系统中使用的同轴电缆和天线的电缆损耗和/或阻抗。

开关120可以设置在控制面板102上，以打开和关闭测试设备100。开关120耦合到为测试设备100供电的电源122。在说明性实施例中，电源122由电池组124(例如，锂离子电池)供电。在另一实施例中，电源122可以包括插头，以从航空器中的插座或独立于航空器的插座获取电力。电源122为耦合到控制器128的底板电路板126供电。控制器128包括处理器(未示出)、存储器(未示出)和执行可以用于操作测试设备100的指令的其他必要部件。在所示的实施例中，控制器128耦合到使用户能够操作测试设备100的后方输入/输出(I/O)模块130和触摸屏显示器132。例如，触摸屏显示器132可以包括使用户能够选择预定高度以进行测试并启动测试的输入端(未示出)。如将认识到的，触摸屏显示器132可以包括使用户能够操作测试设备100的其他输入端和显示特征。底板电路板126还可以(经由与数字模块134的带状连接)耦合到数字模块134和射频(RF)模块136。模块134和136可以执行来自控制器128的指令以修改和改变本文描述的RF信号和数字信号。

在操作中，天线输入端106将发射信号18传递通过衰减器140，衰减器140可以降低信号18的功率而不使信号18的波形明显地失真。根据所公开的原理，具有降低的功率的信号18被发射到RF延迟模块150以延迟RF信号。在RF延迟模块150中，信号可以通过双向耦合器144路由。开关142可以被断开或闭合以选择用于校准的RF模块136或用于运行高度计测试的高度计10。然后，RF信号可以被传递到多个同轴电缆线圈152，这些同轴电缆线圈152被设计成在切换到信号路径时与各种高度及其产生的延迟相关/模拟各种高度及其产生的延迟。在所示的示例中，同轴电缆线圈152包括与10英尺高度相关/模拟10英尺高度的第一线圈154、与20英尺高度相关/模拟20英尺高度的第二线圈156和与40英尺高度相关/模拟40英尺高度的第三线圈158。第一线圈154耦合到第一开关160，第二线圈156耦合到第二开关162，第三线圈耦合到第三开关164。在一个实施例中，电缆的长度可以由以下方程式描述，本文中称为“方程式(1)”：(1)长度＝2*h*v

其中，h是模拟高度(即高度)，v是介质(例如，同轴电缆)的速度因子。已知RF电缆和光纤电缆(下面讨论)的速度因子相似，约为0.68。

在所示设备100的操作中，控制器128基于正在测试的预定高度(例如，如由用户经由触摸屏显示器132设置的)来(经由RF模块136)断开和闭合开关160、162和164。例如，如果预定高度要求信号传递通过50英尺的电缆，则控制器128闭合第一开关160和第三开关164，以使信号传递通过第一线圈154和第三线圈158，以通过50英尺来延迟信号。在一些实施例中，所有的开关160、162、164被断开，并且信号被传递通过RF延迟模块150而不被延迟。

在操作中，RF信号然后在第一级电平控件170中被处理，该第一级电平控件170在所示的示例中包括放大器172和衰减器174，其可以用于模拟在模拟高度处RF信号在自由空间中的路径损耗。如果RF信号被完全延迟，例如如果信号被延迟了50英尺的预定高度，则一对开关180和182被设置到将信号路由到第二级电平控件190的位置。第二级电平控件190可以包括一对放大器192、194以及放大器192、194之间的衰减器196，其也可以用于模拟在模拟高度处RF信号在自由空间中的路径损耗。然后通过天线输出端108将信号输出到高度计10，以确定高度计10是否测量了50英尺。尽管RF延迟模块150是关于将信号延迟50英尺的预定高度来描述的，但是将认识到，RF延迟模块150可以基于开关160、162、164的设置以10英尺为增量将信号延迟到在10英尺和70英尺之间的任何高度。

如果预定高度需要80英尺或更大的延迟(例如，如由用户经由触摸屏显示器132设置的)，则开关180被设置到将信号路由到激光二极管200的位置。开关182被设置到将第二级电平控件190的输入端连接到光电二极管290的输出端的位置(下面讨论)。激光二极管200将RF信号转换为光信号，该光信号由激光二极管200发射到光延迟模块210。光延迟模块210包括多个光纤线圈212，该光纤线圈212被设计成在被切换到光信号的路径中时与各种高度及其产生的延迟相关/模拟各种高度及其产生的延迟。在所示实施例中，线圈212包括与80英尺高度相关/模拟80英尺高度的第一线圈220、与160英尺高度相关/模拟160英尺高度的第二线圈222、与320英尺高度相关/模拟320英尺高度的第三线圈224、与640英尺高度相关/模拟640英尺高度的第四线圈226、与1280英尺高度相关/模拟1280英尺高度的第五线圈228、与2560英尺高度相关/模拟2560英尺高度的第六线圈230以及与5120英尺高度相关/模拟5120英尺高度的第七线圈232。在一个实施例中，可以使用上述方程式(1)来确定光纤线圈的长度。

第一光纤开关250耦合到第一线圈220，第二光纤开关252耦合到第二线圈222，第三光纤开关254耦合到第三线圈224，第四光纤开关256耦合到第四线圈226，第五光纤开关258耦合到第五线圈228，第六光纤开关262耦合到第六线圈230，第七光纤开关260耦合到第七线圈232。

在操作中，控制器128可以基于正在测试的预定高度(例如，如用户经由触摸屏显示器132所设置的)，(经由数字模块134，其在输入/输出扩展器280处连接到光延迟模块210)选择性地断开和闭合光纤开关250、252、254、256、258、260、262。例如，如果正在测试的预定高度是880英尺，则控制器128闭合第一光纤开关250以将光信号传递通过模拟的80英尺高度/延迟，闭合第二光纤开关252以将光信号传递通过附加模拟的160英尺高度/延迟，以及闭合第四光纤开关256以将光信号传递通过另一个模拟的640英尺高度/延迟，从而使光信号传递通过总共880英尺的高度/延迟。

在被延迟之后，光信号被光电二极管290转换回RF信号。产生的RF信号被传递通过RF延迟模块150中的第二级电平控件190。然后通过天线输出端108将信号输出到高度计10，以确定高度计10是否测量了880英尺。

尽管关于提供880英尺的延迟来描述光延迟模块210，但是将认识到，光延迟模块210可以提供在80英尺和10,160英尺之间的任何延迟。还将认识到，对于一些预定高度，RF延迟模块150和光延迟模块210都可以用于延迟信号18。例如，为了适应用于测试910英尺的预定高度的延迟，第一光纤线圈220(模拟80英尺)、第二光纤线圈222(模拟160英尺)和第四光纤线圈226(模拟640英尺)与第一同轴线圈154(模拟10英尺)和第二同轴线圈156(模拟20英尺)一起使用。

现在参考图3，现在描述可以由测试设备100执行的测试方法300的示例。具体地，测试设备100可以使用方法300来测试高度计的精度，该方法被描述为针对图1的高度计10执行。在一个实施例中，方法300由测试设备100的控制器128执行。为了执行方法300，高度计的天线16耦合到测试设备100的输入端106，并且高度计的天线24耦合到测试设备100的输出端108。

在块302处，控制器128输入测试高度。在所示实施例中，操作者通过将测试高度输入到触摸屏显示器132中来选择预定的测试高度。测试高度可以从10英尺到10,230英尺以10英尺的增量进行选择。控制器128然后确定针对预定高度需要哪些同轴线圈152和/或光纤电缆212来延迟高度计的发射信号18。例如，如果需要10英尺、20英尺和/或40英尺的延迟来总计达到预定高度，则控制器128在块304处选择必要的同轴线圈152。如果需要80英尺、160英尺、320英尺、640英尺、1280英尺、2560英尺和/或5120英尺的延迟来总计达到预定高度，则控制器128在块306处选择必要的光纤线圈212。在一些实施例中，控制器128可以基于输入测试高度只选择同轴线圈512(在块304处)。在一些实施例中，控制器128可以基于输入测试高度只选择光纤线圈212(在块306处)。在一些实施例中，控制器128可以选择同轴线圈512(在块304处)和光纤线圈212(在块306处)两者。

在块308处，从高度计10接收的RF信号通过测试设备100的所选择的同轴线圈152和/或光纤线圈212被发送(如上面关于图2详细描述的)。所选择的同轴线圈152和/或光纤线圈212将信号延迟一定时间，该时间对应于预定高度的自然延迟。在测试期间，测试设备100中的各种部件(例如，第一级电平控件170和第二级电平控件190)可以改变信号以考虑噪声和反馈的自然量。在步骤310处，根据所公开的原理，在基于输入测试高度延迟了输入信号18之后，向高度计10发送返回信号22。

然后，高度计10可以测量其接收的返回信号22的延迟时间，并且可以指示测量的信号距离。然后，操作者可以将测量的距离与预定高度进行比较，以确定高度计10是否准确地测量高度。

虽然已经在附图和前面的描述中详细描述了某些说明性实施例，但是这种说明和描述应当被认为是示例性的而不是限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了某些说明性实施例，并且所有变化和修改都落入本公开希望保护的精神内。本公开的多个优点源于本文所描述的方法、系统和物品的各种特征。将注意到，本公开的方法、系统和物品的替代实施例可以不包括所描述的所有特征，但仍然受益于这些特征的至少一些优点。本领域的普通技术人员可以容易地设计他们自己的方法、系统和物品的实现，这些方法、系统和物品包括本公开的一个或更多个特征。

Claims (18)

1.一种测试高度计的方法，所述方法由测试设备执行并且包括：

输入测试高度；

从所述高度计接收射频(RF)信号；

将所接收的RF信号传递通过至少一个延迟模块，以将所述RF信号延迟对应于所述测试高度的延迟；和

将延迟的RF信号发射到所述高度计。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所接收的RF信号传递通过所述至少一个延迟模块包括：

将所接收的RF信号传递通过RF延迟模块，以将所述RF信号延迟第一延迟；

将延迟了所述第一延迟的RF信号转换为光信号；

将所述光信号传递通过光延迟模块，以将所述光信号延迟第二延迟；和

将延迟了所述第二延迟的光信号转换为返回RF信号，以生成被发送到所述高度计的所述延迟的RF信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所接收的RF信号传递通过所述RF延迟模块包括将所接收的RF信号传递通过所述RF延迟模块的多个同轴电缆线圈中的一个或更多个。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个同轴电缆线圈中的每一个的长度与所述RF信号的相应预定延迟相关。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述光信号传递通过所述光延迟模块包括将所述光信号传递通过多个光纤电缆线圈中的一个或更多个。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个光纤电缆线圈中的每一个包括不同长度的光纤电缆，并且所述多个光纤电缆线圈中的每一个的长度与所述光信号的相应预定延迟相关。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述RF信号传递通过所述RF延迟模块包括衰减所述RF信号。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括将所接收的RF信号传递通过与所接收的RF信号在所述测试高度处的路径损耗相关的至少一个部件。

9.一种用于测试高度计的设备，包括：

输入设备，其用于输入测试高度；

输入端，其用于从所述高度计接收射频(RF)信号；

至少一个延迟模块，其用于将所述RF信号延迟对应于所述测试高度的延迟；和

输出端，其用于将延迟的RF信号发射到所述高度计。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个延迟模块包括：

RF延迟模块，其用于将所接收的RF信号延迟第一延迟；

第一信号转换器，其用于将延迟了所述第一延迟的RF信号转换为光信号；

光延迟模块，其用于将所述光信号延迟第二延迟；和

第二信号转换器，其用于将延迟了所述第二延迟的光信号转换为返回RF信号，以生成被发送到所述高度计的所述延迟的RF信号。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述RF延迟模块包括：

多个同轴电缆线圈，每个同轴电缆线圈包括不同长度的同轴电缆；和

多个RF开关，其耦合在所述同轴电缆两端，并且每个RF开关能够操作以通过所述RF延迟模块选择性地将所述多个同轴电缆线圈中的对应一个耦合到所接收的RF信号的信号路径。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述多个同轴电缆线圈中的每一个的长度与所述RF信号中的相应预定延迟相关。

13.根据权利要求11所述的设备，其中：

所述多个同轴电缆线圈中的第一同轴电缆具有与10英尺高度相关的长度，

所述多个同轴电缆线圈中的第二同轴电缆具有与20英尺高度相关的长度，以及

所述多个同轴电缆线圈中的第三同轴电缆具有与40英尺高度相关的长度。

14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述光延迟模块包括：

多个光纤电缆线圈，每个光纤电缆线圈包括不同长度的光纤；和

多个光开关，其耦合在所述光纤电缆线圈两端，并且每个光开关能够操作以通过所述光延迟模块选择性地将所述多个光纤电缆线圈中的对应一个耦合到所述光信号的信号路径。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述多个光纤电缆中的每一个的长度与所述光信号中的相应延迟相关。

16.根据权利要求14所述的设备，其中：

所述多个光纤电缆线圈中的第一光纤电缆具有与80英尺高度相关的长度，

所述多个光纤电缆线圈中的第二光纤电缆具有与160英尺高度相关的长度，

所述多个光纤电缆线圈中的第三光纤电缆具有与320英尺高度相关的长度，

所述多个光纤电缆线圈中的第四光纤电缆具有与640英尺高度相关的长度，

所述多个光纤电缆线圈中的第五光纤电缆具有与1280英尺高度相关的长度，

所述多个光纤电缆线圈中的第六光纤电缆具有与2560英尺高度相关的长度，以及

所述多个光纤电缆线圈中的第七光纤电缆具有与5120英尺高度相关的长度。

17.根据权利要求10所述的设备，其中，所述RF延迟模块包括数字衰减器以衰减所述RF信号。

18.根据权利要求9所述的设备，还包括与所接收的RF信号在所述测试高度处的路径损耗相关的至少一个部件。

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