CN206609966U - 一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表，包括电源、调频微波源、放大器、延迟线、CPU板、馈线、发射天线和接收天线；所述调频微波源、放大器和CPU板均与所述电源连接；所述调频微波源与所述放大器电性连接；所述放大器与所述发射天线通过所述馈线电性连接；所述接收天线通过所述馈线与所述CPU板电性连接；所述延迟线与所述调频微波源电性连接；所述延迟线与所述CPU板电性连接。本实用新型具有结构简单、故障率低、测量误差小、测量精度高、量程覆盖广的特点。

Description

一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表

技术领域

本实用新型属于无线电高精度测高技术领域，具体涉及一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表。

背景技术

在以往脉冲计数型无线电高度表中，阶梯误差是一种固有的误差，有文献表明有采用调制再调制技术(或称摆频技术)来降低阶梯误差，但提高程度在一个数量级以下，且采用此类技术会使测试时间增加，而解决调制信号相位转折点的影响未见解决途径。调频连续波无线电高度表中不论是恒定调制周期还是恒定差拍高度表，都需要对差拍信号进行频率测量，在传统的高度表测量中，通常通过脉冲计数方式计算差拍频率Fb从而获得高度的数据，以三角波调制方式为例，高度计算公式如式(1)所示：

式(1)：

其中H：测量高度(m)

C：光速(3×10的8次方m/s)

TS:调制周期(s)

Fb:差拍频率(Hz)

ΔF:调制带宽(Hz)

在无线电高度表中，一般采用在一定的测量时间Tm内测量脉冲个数n的方法来计算差拍频率Fb，从而获得高度信息H，这时，高度计算公式如式(2) 所示：

式(2)：

具体测试方法如图1所示。

由此可见，采用脉冲计数法的阶梯误差ΔH如式(3)所示：

式(3)：

由于C、TS、ΔF需要根据飞行高度等要求确定，ΔH与Fb单次测量时间Tm成反比，Tm越长阶梯误差ΔH就越小，但Tm增加又会导致高度表测高数据刷新率下降。按以往高度表采用的参数计算，为保证高度刷新率，采样周期一般不超过20ms，高度表的阶梯误差ΔH最小在0.5m。

另外，当调频连续波高度表(包括恒定差拍或恒定调制周期体制)在调制周期信号相位转折点时，由于相位不连续会带来“毛刺”信号，如图2所示。由于恒定差拍体系高度表采用的是锯齿波信号，其相位突变更大，由此带来的“毛刺”信号更加严重。根据前文所述，“毛刺”信号会在计数周期内造成脉冲数量多计的情况，由此会带来一个偏高的固定误差，当高度较高时，此情况带来的固定误差影响较小，当高度很低时，就会产生一个较高的偏高误差。当高度较低，海面反射情况复杂时，转折点带来的误差就成为一个不可忽视的情况。而现有的调频式无线电高度表测量精度通常在3％上下，日益不能满足使用要求。

因此，急需本领域技术人员致力于设计一种能大大提高测量精度的高度表来满足测高需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的测量精度低的缺陷提供了一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表，包括电源、调频微波源、放大器、延迟线、CPU板、馈线、发射天线和接收天线；所述调频微波源、放大器和CPU板均与所述电源连接；所述调频微波源与所述放大器电性连接；所述放大器与所述发射天线通过所述馈线电性连接；所述接收天线通过所述馈线与所述CPU板电性连接；所述延迟线与所述调频微波源电性连接；所述延迟线与所述CPU板电性连接。

进一步，所述CPU板内设置有数据处理模块和调频信号控制模块；所述调频信号控制模块控制所述调频微波源产生调频信号；所述数据处理模块处理所述延迟线和所述接收天线接收到的信号数据。

进一步，为了保证测量的精度，所述延迟线的长度不得小于50厘米，所述延迟线的稳定度在1‰以上。

进一步，所述发射天线和所述接收天线均为微带背腔天线。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

1.本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，相对于现有的高度表，零部件大大减少，各部件之间的连接简单，因此，本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表结构简单、故障率大大降低，重量仅有200 克左右。

2.本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，通过在高度表内设置一条稳定度在1‰以上的延迟线，在向地面发射调频电磁波的同时，也向自备的延迟线发射调频电磁波信号，这样用同一调频电磁波来计量，其测量误差是相同的，同时出现在分子和分母上，可以相互抵消，可大大提高测量精度。

3.由于其他高度表精度在±2-3％，在高量程中，如30000米量程中，会积累±600-900米误差，无法完成高度表精确匹配地形的要求，所以其他调频无线电高度表最高量程为6000米，本实用新型高度表，由于精度可以达到1‰以上，所以可以覆盖现有无人机最高30000米量程，积累误差仅有±30米，仍可以较好匹配地形。

附图说明

图1为现有的脉冲计数方法的波形图；

图2为现有的脉冲计数方法中调制周期信号相位转折点时出现的“毛刺”信号示意图；

图3为本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表的逻辑控制图；

图4为本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表的工作原理图。

附图标记说明：1-电源；2-调频微波源；3-放大器；4-延迟线；5-CPU板； 51-数据处理模块；52-调频信号控制模块；6-馈线；7-发射天线；8-接收天线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

如图3所示，一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表，包括电源1、调频微波源2、放大器3、延迟线4、CPU板5、馈线6、发射天线7和接收天线8；所述调频微波源2、放大器3和CPU板5均与所述电源1连接；所述调频微波源2与所述放大器3电性连接；所述放大器3与所述发射天线7通过所述馈线6电性连接；所述接收天线8通过所述馈线6与所述CPU板5电性连接；所述延迟线4与所述调频微波源2电性连接；所述延迟线4与所述CPU板5电性连接。

优选地，所述CPU板5内设置有数据处理模块51和调频信号控制模块52；所述调频信号控制模块52控制所述调频微波源产生调频信号；所述数据处理模块51处理所述延迟线4和所述接收天线8接收到的信号数据。

优选地，为了保证测量的精度，所述延迟线4的长度不得小于50厘米，所述延迟线的稳定度在1‰以上。

优选地，所述发射天线7和所述接收天线8均为微带背腔天线。

如图4所示，本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表的工作原理如下：

调频微波源2在向地面发射调频电磁波的同时，向高度表中自备的一定长度为L的延迟线4发射调频电磁波，设高度为H，延迟线长度为L，则发射到地面再返回用时ΔTH,发到延迟线再从末端返回用时ΔTL，则有式(4)：

式(4)：

其中L是已知的；ΔTH和ΔTL可通过数据处理模块51测量和计算，因此高度 H即可计算出来。向地面和延迟线4发射的调频电磁波都是用同一调频源来计量，其测量误差是相同的，同时出现在分子和分母上，可以相互抵消，这样H 的误差只有延迟线4的计量误差，而延迟线4的误差可以达到1‰，从而本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表的测高误差也可以达到1‰。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表，其特征在于，包括电源、调频微波源、放大器、延迟线、CPU板、馈线、发射天线和接收天线；所述调频微波源、放大器和CPU板均与所述电源连接；所述调频微波源与所述放大器电性连接；所述放大器与所述发射天线通过所述馈线电性连接；所述接收天线通过所述馈线与所述CPU板电性连接；所述延迟线与所述调频微波源电性连接；所述延迟线与所述CPU板电性连接。

2.根据权利要求1所述的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，其特征在于，所述CPU板内设置有数据处理模块和调频信号控制模块；所述调频信号控制模块控制所述调频微波源产生调频信号；所述数据处理模块处理所述延迟线和所述接收天线接收到的信号数据。

3.根据权利要求1所述的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，其特征在于，所述延迟线的长度不得小于50厘米，所述延迟线的稳定度在1‰以上。

4.根据权利要求1所述的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线均为微带背腔天线。