RU2234718C1 - Frequency-modulated altimeter - Google Patents

Frequency-modulated altimeter Download PDF

Info

Publication number
RU2234718C1
RU2234718C1 RU2003112087/09A RU2003112087A RU2234718C1 RU 2234718 C1 RU2234718 C1 RU 2234718C1 RU 2003112087/09 A RU2003112087/09 A RU 2003112087/09A RU 2003112087 A RU2003112087 A RU 2003112087A RU 2234718 C1 RU2234718 C1 RU 2234718C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
frequency
input
transmitter
inputs
Prior art date
Application number
RU2003112087/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003112087A (en
Inventor
В.М. Жуков (RU)
В.М. Жуков
М.В. Жуков (RU)
М.В. Жуков
Original Assignee
ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" filed Critical ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority to RU2003112087/09A priority Critical patent/RU2234718C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234718C1 publication Critical patent/RU2234718C1/en
Publication of RU2003112087A publication Critical patent/RU2003112087A/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radar systems.
SUBSTANCE: frequency modulated altimeter includes reference analog signal source, digital control unit for controlling rate of readjustment of frequency of transmitter, modulator, frequency-modulated transmitter, transmitting antenna, receiving antenna, first mixer, difference frequency amplifier, computing counter, clock pulse generator, switch for switching sign of readjustment of transmitter frequency. Novelty is that altimeter also includes comparator, pin-switching unit, second mixer, reference frequency generator, band amplifier, detector, logic gate unit.
EFFECT: lowered instrumental component of error at measuring height occurred due to unstable characteristics of electronic frequency readjustment of transmitter.
6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, а именно к радиовысотомерам с частотной модуляцией, и может быть использовано при проектировании радиовысотомеров, к которым предъявляются требования повышенной точности измерения высоты.The present invention relates to the field of radar, and in particular to radio altimeters with frequency modulation, and can be used in the design of radio altimeters, which are required high accuracy measurement of height.

Известны [1], с.173-174, радиовысотомеры с частотной модуляцией, в которых информация о высоте Н извлекается из разности излученной и принятой частот (частоты биений fб), определяемой какKnown [1], p.173-174, frequency-modulated radio altimeters in which information about the height H is extracted from the difference between the emitted and received frequencies (beat frequency f b ), defined as

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔF - девиация частоты передатчика (ДЧП);where ΔF is the frequency deviation of the transmitter (PP);

с - скорость света;c is the speed of light;

Тм - период модуляции.T m - period of modulation.

При воздействии различного рода дестабилизирующих факторов ДЧП может изменяться на величину ΔΔF. Как отмечено в [3], с.5, относительное изменение

Figure 00000003
может достигать ±15%, что приведет к такой же относительной погрешности измерения высоты.Under the influence of various kinds of destabilizing factors, the PDP can change by ΔΔF. As noted in [3], p.5, the relative change
Figure 00000003
can reach ± 15%, which will lead to the same relative height measurement error.

Поэтому принимаются решения, направленные на повышение стабильности ДЧП.Therefore, decisions are being made aimed at increasing the stability of PPP.

Наиболее близким по технической сущности является частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные источник 12 опорного аналогового сигнала, блок 11 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, модулятор 1, передатчик 2 с частотной модуляцией и передающую антенну 3, последовательно соединенные приемную антенну 4, смеситель 5, усилитель 6 разностной частоты и счетчик-вычислитель 9, первый выход которого соединен с вторым входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, второй выход соединен с вторым входом усилителя разностной частоты, последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов, блок 7 выделения измерительного интервала полосы модуляции, содержащий два резонатора, настроенные на частоты f1 и f2, соответствующие нижней и верхней частотам, определяющим ДЧП, переключатель 8 направления перестройки частоты передатчика, выход которого подключен к второму входу модулятора, при этом второй выход передатчика соединен с вторым входом смесителя, третий выход соединен с вторым входом блока выделения измерительного интервала полосы модуляции, второй выход которого соединен с вторым входом счетчика-вычислителя, третий вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов, третий выход генератора тактовых импульсов соединен с третьим входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, четвертый вход которого соединен с выходом усилителя разностной частоты [2].The closest in technical essence is a frequency-modulated altimeter containing a series-connected source of a reference analog signal 12, a digital control unit 11 for controlling the frequency of the transmitter, modulator 1, transmitter 2 with frequency modulation and transmitting antenna 3, connected in series with receiving antenna 4, mixer 5 , a differential frequency amplifier 6 and a counter-calculator 9, the first output of which is connected to the second input of the digital frequency control unit for tuning the frequency of the transmitter and a second output connected to a second input of the amplifier of the difference frequency, series-connected oscillator 10 clock pulse unit 7 allocation measurement interval modulation band, comprising two resonator tuned to frequencies f 1 and f 2 corresponding to the lower and upper frequencies, determining NRI switch 8 direction of tuning the frequency of the transmitter, the output of which is connected to the second input of the modulator, while the second output of the transmitter is connected to the second input of the mixer, the third output is connected to the second input of the block dividing the measuring interval of the modulation band, the second output of which is connected to the second input of the counter-calculator, the third input of which is connected to the second output of the clock generator, the third output of the clock generator is connected to the third input of the digital frequency control unit of the transmitter frequency, the fourth input of which is connected to the output of the differential frequency amplifier [2].

Недостатком этого высотомера является недостаточная точность измерения высоты. Как показано в [3], с.16, при использовании в блоке 7 резонаторов для выделения измерительного интервала относительная нестабильность ДЧП может достигать 2,15%, что приводит к такой же погрешности измерения высоты.The disadvantage of this altimeter is the lack of accuracy in measuring height. As shown in [3], p.16, when using resonators in block 7 to separate the measuring interval, the relative instability of the PDP can reach 2.15%, which leads to the same error in the measurement of height.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения высоты.The aim of the invention is to improve the accuracy of height measurement.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-модулированный высотомер, содержащий генератор тактовых импульсов, переключатель направления перестройки частоты передатчика, последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, модулятор, второй вход которого соединен с выходом переключателя направления перестройки частоты передатчика, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, второй вход которого подключен к второму выходу передатчика, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, а первый и второй выходы соединены соответственно - с третьим входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика и вторым входом усилителя разностной частоты, выход которого дополнительно подключен к четвертому входу блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, введены компаратор, первый вход которого соединен с вторым выходом модулятора, а на второй вход подается фиксированное напряжение, генератор опорных частот, последовательно соединенные pin-переключатель, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора опорных частот, а третий вход - с первым выходом компаратора, второй смеситель, второй вход которого подключен к третьему выходу передатчика, полосовой усилитель, детектор и блок логических элементов, второй и третьи входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам компаратора, а четвертый вход - к третьему выходу генератора тактовых импульсов, первый выход - к третьему входу счетчика-вычислителя, второй выход - к входу переключателя направления перестройки частоты передатчика, а блок логических элементов содержит первый и второй элементы И, последовательно соединенные третий элемент И, первый элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, и RS-триггер, последовательно соединенные четвертый элемент И, второй элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход - с вторым входом RS-триггера, последовательно соединенные расширитель импульсов, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, пятый элемент И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов, и второй триггер, первый выход которого соединен с входом переключателя направления перестройки частоты передатчика с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а второй выход - с вторыми входами первого и второго элементов И, первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И подключены к выходу детектора, третьи входы первого и четвертого элементов И подключены к первому выходу компаратора, третьи входы второго и третьего элементов И подключены к второму выходу компаратора, а выход RS-триггера подключен к третьему входу счетчика-вычислителя.This goal is achieved by the fact that in the frequency-modulated altimeter containing a clock pulse generator, a direction switch for tuning the frequency of the transmitter, a series-connected source of a reference analog signal, a digital control unit for tuning the frequency of the transmitter, the second input of which is connected to the first output of the clock, a modulator the second input of which is connected to the output of the transmitter frequency tuning direction switch, a frequency modulated transmitter and a transmitting antenna, a receiving antenna connected in series, a mixer, the second input of which is connected to the second output of the transmitter, a difference frequency amplifier and a calculator, the second input of which is connected to the second output of the clock generator, and the first and second outputs are connected respectively to the third input of the digital control unit of the transmitter frequency tuning speed and the second input of the differential frequency amplifier, the output of which is additionally connected to the fourth input of the digital control unit At the speed of tuning the frequency of the transmitter, a comparator is introduced, the first input of which is connected to the second output of the modulator, and the second input is supplied with a fixed voltage, a reference frequency generator, series-connected pin switch, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the reference generator frequencies, and the third input with the first output of the comparator, the second mixer, the second input of which is connected to the third output of the transmitter, a strip amplifier, a detector and a block of logic elements s, the second and third inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the comparator, and the fourth input is to the third output of the clock generator, the first output is to the third input of the counter-calculator, the second output is to the input of the transmitter frequency direction switch, and the block logical elements contains the first and second elements AND, connected in series to the third element AND, the first element OR, the second input of which is connected to the output of the first element AND, and the RS-trigger, connected in series to four the first AND element, the second OR element, the second input of which is connected to the output of the second AND element, and the output - with the second input of the RS-trigger, a pulse extender connected in series, the input of which is connected to the output of the first OR element, the fifth AND element, the second input of which is connected with the third output of the clock generator, and a second trigger, the first output of which is connected to the input of the transmitter frequency tuning direction switch with the second inputs of the third and fourth AND elements, and the second output - with the second inputs of the first of the first and second elements And, the first inputs of the first, second, third and fourth elements And are connected to the output of the detector, the third inputs of the first and fourth elements And are connected to the first output of the comparator, the third inputs of the second and third elements And are connected to the second output of the comparator, and the output The RS-trigger is connected to the third input of the counter-calculator.

Сущность заявляемого устройства состоит в том, что вновь введенные блоки более чем на порядок повышают стабильность полосы ΔF перестройки передатчика, что соответственно уменьшает приборную составляющую погрешности измерения высоты, возникающую вследствие нестабильности параметра ΔF при воздействии различного рода дестабилизирующих факторов.The essence of the claimed device lies in the fact that the newly introduced blocks more than an order of magnitude increase the stability of the band ΔF adjustment of the transmitter, which accordingly reduces the instrument component of the error of height measurement, resulting from the instability of the parameter ΔF when exposed to various kinds of destabilizing factors.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает наличие вновь вводимых блоков: генератора опорных частот, второго смесителя, pin-переключателя, элементов И и ИЛИ, полосового усилителя, детектора и блока логических элементов.A comparison of the claimed device with the prototype shows the presence of newly introduced blocks: a reference frequency generator, a second mixer, a pin switch, AND and OR elements, a strip amplifier, a detector, and a logic block.

Введение подобных блоков для повышения точности измерения высоты из общедоступных источников неизвестно, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "Новизна".The introduction of such blocks to improve the accuracy of measuring height from public sources is unknown, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "Novelty."

Вновь введенные блоки известны и описаны в литературе:Newly introduced blocks are known and described in the literature:

- компараторы, триггеры, элементы И и ИЛИ в [4], с.286, 288, 105, соответственно;- comparators, triggers, AND and OR elements in [4], p.286, 288, 105, respectively;

- pin-переключатель в [5], с.50-71;- pin switch in [5], pp. 50-71;

- генератор опорных частот в [6], с.21;- reference frequency generator in [6], p.21;

- полосовой усилитель в [7], с.187-194, а вновь введенный второй смеситель аналогичен смесителю, используемому в прототипе.- a strip amplifier in [7], p.187-194, and the newly introduced second mixer is similar to the mixer used in the prototype.

Однако их включение, в соответствии с описанными связями, дает возможность повысить точность измерения высоты.However, their inclusion, in accordance with the described relationships, makes it possible to improve the accuracy of height measurement.

Такое решение явным образом не следует из уровня техники, что соответствует критерию "Изобретательский уровень".Such a solution does not explicitly follow from the prior art, which meets the criterion of "Inventive step".

На фиг.1 представлена функциональная схема прототипа, на фиг.2 - функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - вариант функциональной схемы передатчика с частотной модуляцией, на фиг.4 - вариант функциональной схемы блока логических элементов, на фиг.5 - вариант возможной функциональной схемы генератора опорных частот, на фиг.6 - эпюры напряжений, поясняющие принцип работы устройства.Figure 1 presents the functional diagram of the prototype, figure 2 is a functional diagram of the proposed device, figure 3 is a variant of a functional diagram of a transmitter with frequency modulation, figure 4 is a variant of a functional diagram of a block of logic elements, figure 5 is a variant a possible functional diagram of the reference frequency generator, Fig.6 - plot voltage, explaining the principle of operation of the device.

Устройство (фиг.2) содержит источник 1 опорного аналогового сигнала, блок 2 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, модулятор 3, передатчик 4 с частотной модуляцией, передающую антенну 5, приемную антенну 6, первый смеситель 7, усилитель 8 разностной частоты, счетчик-вычислитель 9, генератор 10 тактовых импульсов, переключатель 11 направления перестройки частоты передатчика, компаратор 12, pin-переключатель 13, второй смеситель 14, генератор 15 опорных частот, полосовой усилитель 16, детектор 17, блок 18 логических элементов. Связи между указанными блоками соответствуют фиг.2.The device (figure 2) contains a source of 1 reference analog signal, a digital control unit 2 for controlling the frequency of the transmitter, a modulator 3, a frequency-modulated transmitter 4, a transmitting antenna 5, a receiving antenna 6, a first mixer 7, a differential frequency amplifier 8, and a counter a calculator 9, a clock generator 10, a transmitter frequency direction switch 11, a comparator 12, a pin switch 13, a second mixer 14, a reference frequency generator 15, a band amplifier 16, a detector 17, a block 18 of logic elements. Communication between these blocks correspond to figure 2.

Передатчик 4 с частотной модуляцией (фиг.3) содержит частотно-модулированный генератор 19 и делитель мощности 20.The transmitter 4 with frequency modulation (figure 3) contains a frequency-modulated generator 19 and a power divider 20.

Блок 18 логических элементов (фиг.4) содержит первый элемент И 21, третий элемент И 22, первый элемент ИЛИ 23, RS-триггер 24, четвертый элемент И 25, второй элемент ИЛИ 26, второй элемент И 27, расширитель импульсов 28, пятый элемент И 29 и второй триггер 30.Block 18 of the logical elements (figure 4) contains the first element And 21, the third element And 22, the first element OR 23, RS-trigger 24, the fourth element And 25, the second element OR 26, the second element And 27, pulse expander 28, fifth element And 29 and the second trigger 30.

Связи между указанными блоками соответствуют фиг.4.The relationship between these blocks correspond to figure 4.

Генератор 15 опорных частот (фиг.5) содержит кварцевый генератор 31, первый умножитель частоты 32, первый резонатор 33, настроенный на частоту f1, второй умножитель 34 и второй резонатор 35, настроенный на частоту f2.The reference frequency generator 15 (FIG. 5) comprises a crystal oscillator 31, a first frequency multiplier 32, a first resonator 33 tuned to a frequency f 1 , a second multiplier 34 and a second resonator 35 tuned to a frequency f 2 .

При включении радиовысотомер работает в режиме поиска следующим образом.When turned on, the radio altimeter operates in search mode as follows.

Под действием сигнала с выхода блока 2 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика модулятор 3 формирует пилообразное напряжение "а", период повторения которого изменяется от Тмин до Тмакс. Это напряжение поступает на передатчик 4, генерирующий сверхвысокочастотные (СВЧ) колебания "б", несущая частота которых изменяется от Fмин до fмакс. СВЧ-колебания передатчика подводятся к передающей антенне 5 и излучаются по направлению к земной поверхности.Under the action of the signal from the output of the digital control unit 2 of the transmitter frequency tuning speed, the modulator 3 generates a sawtooth voltage "a", the repetition period of which varies from T min to T max. This voltage is supplied to the transmitter 4, generating microwave frequency (microwave) oscillation "b", the carrier frequency of which varies from F min to f max . Microwave oscillations of the transmitter are fed to the transmitting antenna 5 and are emitted towards the earth's surface.

Отраженные от земли сигналы частоты F0 принимаются приемной антенной 6 и поступают на первый вход смесителя 7, на второй вход которого подаются СВЧ-колебания частоты Fи с второго выхода передатчика 4.Signals of frequency F 0 reflected from the ground are received by the receiving antenna 6 and fed to the first input of the mixer 7, to the second input of which microwave frequencies of the frequency F are fed and from the second output of the transmitter 4.

Возникающие на выходе смесителя 7 колебания разностной частоты fp=Fи-F0 усиливаются усилителем 8 разностной частоты и поступают на вход счетчика-вычислителя 9, на второй вход которого подаются колебания частоты f0 с второго выхода генератора 10 тактовых импульсов. Когда в результате увеличения периода модуляции Тм разностная частота fp становится равной частоте f0, на первом выходе счетчика-вычислителя 9 возникает сигнал, переводящий блок 2 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика из режима поиска в режим слежения, при котором блок 18 логических элементов формирует импульсы, длительность которых несет информацию о высоте. Эти импульсы образуются следующим образом. Генератор 15 опорных частот формирует СВЧ-колебания частот f1 и f2, поступающие соответственно на первый и второй входы pin-переключателя 13, на третий вход которого поступает управляющее напряжение Uупр с 1-го выхода компаратора 16, на входы которого подаются пилообразное напряжение Uм с выхода модулятора 3 и опорное напряжениеThe oscillations of the difference frequency f p = F and -F 0 occurring at the output of the mixer 7 are amplified by the difference frequency amplifier 8 and fed to the input of the counter-calculator 9, the second input of which is supplied with the frequency fluctuations f 0 from the second output of the clock generator 10. When, as a result of an increase in the modulation period T m, the difference frequency f p becomes equal to the frequency f 0 , a signal appears at the first output of the calculator 9 that transfers the digital control unit 2 of the transmitter frequency tuning speed from the search mode to the tracking mode, in which the block of 18 logic elements generates pulses, the duration of which carries information about the height. These pulses are formed as follows. The reference frequency generator 15 generates microwave oscillations of the frequencies f 1 and f 2 , respectively, arriving at the first and second inputs of the pin switch 13, the third input of which receives the control voltage U control from the first output of the comparator 16, the sawtooth voltage being supplied to its inputs U m from the output of the modulator 3 and the reference voltage

Figure 00000004
макс,
Figure 00000004
max

где Uм макс - максимальное выходное напряжение модулятора. Если Uм<Uоп, то на первом выходе компаратора 12 возникает уровень логической 1, при котором на выход pin-переключателя 13 проходит меньшая частота f1, и открыты по третьим входам первый и четвертый элементы И 21 и 25.where U m max is the maximum output voltage of the modulator. If U m <U op , then at the first output of the comparator 12 a logic level 1 occurs at which the lower frequency f 1 passes to the output of the pin switch 13, and the first and fourth elements And 21 and 25 are open at the third inputs.

Если же Uм>Uоп, то на первом выходе компаратора 12 возникает уровень логического нуля, и на выход pin-переключателя 13 проходит частота f2 генератора 15 опорных частот, причем f2>f1.If U m > U op , then at the first output of the comparator 12 a logic zero level occurs, and the frequency f 2 of the reference oscillator 15 passes to the output of the pin switch 13, and f 2 > f 1 .

На фиг.6 показан процесс управления и формирования информации. В момент t0, когда на 1-м выходе компаратора 12 имеется уровень логической единицы, на выход pin-переключателя 18 проходит частота f1 генератора 15 опорных частот.Figure 6 shows the process of managing and generating information. At time t 0 , when the logic unit is at the 1st output of comparator 12, the frequency f 1 of the reference oscillator 15 passes to the output of the pin switch 18.

В это же время на втором выходе второго триггера 30 присутствует уровень логической 1, открывающий первый элемент И 21 по второму выходу. При уменьшении в момент t1 частоты fпрд передатчика 4 до величиныAt the same time, at the second output of the second trigger 30 there is a logic level 1, opening the first element And 21 on the second output. When decreasing at time t 1 frequency f prd transmitter 4 to

fпрд=f1+fф f prd = f 1 + f f

на выходе второго смесителя 14 возникает импульс "в" частоты fф, который усиливается усилителем 16, детектируется детектором 17 и поступает на первые входы элементов И 21, 22, 25, 27.at the output of the second mixer 14 there is a pulse "in" of the frequency f f , which is amplified by the amplifier 16, detected by the detector 17 and fed to the first inputs of the elements And 21, 22, 25, 27.

Поскольку по всем трем входам в этот момент открыт только первый элемент И 21, на его выходе возникает импульс "г", который поступает через второй вход первого элемента ИЛИ 23 на R вход RS-триггера 24 и переводит его в состояние логического 0 (импульс "д"), при котором прекращается счет импульсов генератора 10 тактовых импульсов в счетчике-вычислителе 9. Импульс "г" поступает через 1-й элемент ИЛИ 23 и на расширитель импульса 28, формирующий импульс "е", поступающий на первый вход пятого элемента И 29, на второй вход которого подаются тактовые импульсы "ж", снимаемые с третьего выхода генератора 10 тактовых импульсов. В момент t2 на выходе пятого элемента И 29 возникает импульс "к", переводящий триггер управления 30 в состояние, при котором на его первом выходе возникает уровень логической 1 (импульс "л"), по которому переключатель 11 направления перестройки частоты передатчика изменяет направление изменения напряжения модулятора 3, переводя его из падающего в растущее, вызывая тем самым увеличение частоты fпрд передатчика 4.Since all the three inputs at this moment only the first element And 21 is open, the pulse "g" arises at its output, which enters through the second input of the first element OR 23 to the R input of the RS-flip-flop 24 and puts it in the state of logical 0 (pulse " d "), at which the count of pulses of the generator 10 clock pulses in the counter-calculator 9 is stopped. The pulse" g "enters through the first element OR 23 and to the pulse expander 28, forming a pulse" e ", which arrives at the first input of the fifth element And 29, to the second input of which clock pulses "g" are supplied, s 10 clock pulses taken from the third output of the generator. At time t 2, the output of the fifth element And 29 gives an impulse "k", which transfers the control trigger 30 to a state in which at its first output there is a logic level 1 (impulse "l"), according to which the switch 11 of the transmitter frequency tuning direction changes direction modulator 3 changes the voltage by transferring it from falling to rising, thereby causing an increase in the frequency f 4 of the transmitter TX.

При увеличении частоты fпрд до величины fпрд=f2-fф (в момент t3) на выходе второго смесителя 14 возникает импульс частоты fф, который усиливается усилителем 16, детектируется и поступает на первые входы элементов И 21, 22, 25, 27. Однако, в этот момент открыт по всем входам только четвертый элемент И 25. На его выходе возникает импульс "м", поступающий через второй элемент ИЛИ 26 на S вход RS-триггера 24, переводя его в состояние логической 1, при котором возможен счет тактовых импульсов счетчиком-вычислителем 9.With increasing frequency f prd to f prd = f 2 -f f (at time t 3 ), a pulse of frequency f f arises at the output of the second mixer 14, which is amplified by amplifier 16, detected and fed to the first inputs of elements 21, 22, 25 , 27. However, at this moment, only the fourth element And 25 is open at all inputs. At its output, an impulse "m" arises, coming through the second element OR 26 to the S input of the RS flip-flop 24, translating it into logical state 1, at which possible counting clock pulses counter-calculator 9.

При увеличении напряжения модулятора 3 до величины Uм>U0 на первом выходе компаратора 12 возникает уровень логического 0, при котором pin-переключатель 13 подает на вход второго смесителя 14 частоту f2, формируемую генератором 15 опорных частот.When the voltage of the modulator 3 is increased to a value of U m > U 0 , a logic 0 level appears at the first output of the comparator 12, at which the pin switch 13 supplies the frequency f 2 generated by the reference frequency generator 15 to the input of the second mixer 14.

При увеличении частоты fпрд до величины fпрд=f2-fф в момент t4 на выходе второго смесителя 14 возникает импульс напряжения частоты fф, который усиливается усилителем 16, детектируется детектором 17 (импульс "н") и поступает на первые входы элементов И 21, 22, 25, 27, из которых открыт по вторым и третьим входам лишь третий элемент И 22. Возникающий на его выходе импульс "0" через первый элемент ИЛИ 23 переводит RS-триггер 24 в состояние 0, при котором прекращается счет импульсов генератора 10 счетчиком-вычислителем 9. Таким образом, счет импульсов осуществляется за время t3-t4, при этом частота передатчика изменяется от f1-fф до f2-fф. Важно подчеркнуть, что диапазон перестройки частоты передатчика не зависит от частоты настройки усилителя 16, и уходы последней не приведут к ошибке измерения высоты. Импульс "о" через первый элемент ИЛИ 23 запустит расширитель импульса 28, формирующий импульс "п", поступающий на пятый элемент И 29, выходной импульс которого переводит первый выход триггера 30 в состояние 0, при котором пилообразное напряжение модулятора 3 начнет уменьшаться, вызывая уменьшение частоты передатчика 4. В момент времени t6, когда fпрд=f2+fф, на выходе второго смесителя 14 возникнут импульсы частоты fф, которые детектируются и поступают на первые входы элементов И 21, 22, 25, 27. Но по вторым и третьим входам все вышеперечисленные элементы И, кроме элемента И 27 будут закрыты.With increasing frequency f prd to f prd = f 2 -f f at time t 4 , a voltage pulse of frequency f f arises at the output of the second mixer 14, which is amplified by amplifier 16, detected by detector 17 (pulse "n") and fed to the first inputs elements And 21, 22, 25, 27, of which only the third element And 22 is open on the second and third inputs. The pulse "0" arising at its output through the first element OR 23 puts the RS-trigger 24 in state 0, at which the count stops pulses of the generator 10 by the counter-calculator 9. Thus, the counting of pulses tsya for time t 3 -t 4, wherein the transmitter frequency changes from f 1 to f p -f 2 -f f. It is important to emphasize that the frequency tuning range of the transmitter does not depend on the tuning frequency of amplifier 16, and departures of the latter will not lead to a height measurement error. The impulse "o" through the first element OR 23 will start the pulse expander 28, forming the impulse "p" supplied to the fifth element And 29, the output impulse of which transfers the first output of the trigger 30 to state 0, at which the sawtooth voltage of the modulator 3 begins to decrease, causing a decrease the frequency of the transmitter 4. At time t 6 , when f prd = f 2 + f f , at the output of the second mixer 14 there will be pulses of frequency f f that are detected and fed to the first inputs of the elements And 21, 22, 25, 27. But according to the second and third inputs all of the above elements s And besides of AND 27 will be closed.

Возникающий на его выходе импульс "с" через второй элемент ИЛИ 26 приведет RS-триггер 24 в состояние 1, и счетчик-вычислитель 9 начнет считать импульсы генератора 10 до тех пор, пока в момент времени t7 fпрд=f1+fф и на выходе второго смесителя 14 возникнут, усилятся и продетектируются импульсы "т", которые переведут RS-триггер 24 в состояние 0, и процесс модуляции повторится.The pulse "c" arising at its output through the second OR element 26 will bring the RS flip-flop 24 to state 1, and the counter-calculator 9 will begin to count the pulses of the generator 10 until, at time t 7 f prd = f 1 + f f and at the output of the second mixer 14, “t” pulses will arise, amplify and detect, which will translate the RS flip-flop 24 into state 0, and the modulation process will be repeated.

Счетчик-вычислитель 9, как и в прототипе, сравнивает разностную частоту fp с частотой f0 генератора 10 тактовых импульсов и формирует на первом выходе сигнал, поступающий на третий вход блока 2 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика и изменяющий период модуляции таким образом, чтобы fp=f0.The counter-calculator 9, as in the prototype, compares the difference frequency f p with the frequency f 0 of the clock generator 10 and generates at the first output a signal fed to the third input of the digital frequency control unit 2 of the transmitter frequency tuning speed and changing the modulation period so that f p = f 0 .

Для исключения захвата прямого сигнала при измерении малых высот счетчик-вычислитель 9 на втором выходе формирует сигнал, поступающий на второй вход усилителя 8 разностной частоты и изменяющий его усиление, устанавливая его малым при измерении малых высот и большим - при измерении больших высот.To exclude the capture of a direct signal when measuring small heights, the counter-calculator 9 at the second output generates a signal fed to the second input of the difference frequency amplifier 8 and changes its gain, setting it small when measuring low heights and large when measuring high heights.

Оценим нестабильность ΔF. Для радиовысотомера можно принять f1=4250 МГц, a f2=4377,5 МГц (ΔF=f2-f1=4377,5-4250=127,5 МГц). Тогда частоту КГ 31 можно выбрать равной 42,5 МГц и принять n=100, a k=3. Согласно [4], с.298-300, относительная нестабильность частоты кварцевого резонатора не превышает 10-4.We estimate the instability ΔF. For a radio altimeter, you can take f 1 = 4250 MHz, af 2 = 4377.5 MHz (ΔF = f 2 -f 1 = 4377.5-4250 = 127.5 MHz). Then the frequency of KG 31 can be chosen equal to 42.5 MHz and taken n = 100, ak = 3. According to [4], p.298-300, the relative frequency instability of the quartz resonator does not exceed 10 -4 .

В этом случае уходы частот f1 и f2 не превысят Δf1=425 кГц и Δf2=437,7 кГц. Следовательно, ΔΔF=Δf2-Δf1=12,7 кГц, а относительное изменение девиации

Figure 00000005
не превысит 0,01%. Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволяет по сравнению с прототипом в 100 раз уменьшить приборную составляющую погрешности измерения высоты, вызываемую нестабильностью девиации ΔF.In this case, the frequency drifts f 1 and f 2 will not exceed Δf 1 = 425 kHz and Δf 2 = 437.7 kHz. Therefore, ΔΔF = Δf 2 -Δf 1 = 12.7 kHz, and the relative change in deviation
Figure 00000005
will not exceed 0.01%. Thus, the application of the proposed technical solution allows, in comparison with the prototype, to reduce by 100 times the instrument component of the error of height measurement caused by the instability of the deviation ΔF.

Это позволяет при принятии мер по уменьшению методической составляющей погрешности измерения высоты использовать один частотно-модулированный высотомер для измерения малых и больших высот.This allows you to use one frequency-modulated altimeter for measuring small and large heights when taking measures to reduce the methodological component of the error in height measurement.

Вновь вводимые блоки pin-переключатель, второй смеситель и генератор опорных частот могут быть изготовлены по тонкопленочной технологии, а блок 18 логических элементов может быть выполнен на одной программируемой логической интегральной схеме, что не приведет к существенному увеличению объема и массы предлагаемого РВ.The newly introduced pin switch blocks, the second mixer, and the reference frequency generator can be manufactured using thin-film technology, and the block of logic elements 18 can be performed on one programmable logic integrated circuit, which will not lead to a significant increase in the volume and mass of the proposed PB.

ЛитератураLiterature

1. Жуковский А.П. и др. Теоретические основы радиовысотометрии. - М.: Советское радио, 1979, с.173-174.1. Zhukovsky A.P. and other Theoretical foundations of radio altimetry. - M .: Soviet Radio, 1979, p. 173-174.

2. Цифровой частотно-модулированный радиовысотомер. Авторское свидетельство СССР № 717676 по заявке № 2545867 от 22 ноября 1977 г., кл. G 01 S 9/24.2. Digital frequency-modulated radio altimeter. USSR copyright certificate No. 717676 by application No. 2545867 of November 22, 1977, cl. G 01 S 9/24.

3. Частотно-модулированный радиовысотомер. Патент РФ № 2133483 по заявке № 98107607 от 21.04.1998 г., кл. G 01 S 13/34, с.5, 16.3. Frequency-modulated radio altimeter. RF patent No. 2133483 by application No. 98107607 of 04/21/1998, class. G 01 S 13/34, p. 5, 16.

4. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника, М.: Мир, 1982, с.105, 286, 288, 298-300.4. W. Titze, K. Schenk. Semiconductor circuitry, Moscow: Mir, 1982, p. 105, 286, 288, 298-300.

5. Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах, М.: Радио и связь, 1987, с.50-71.5. Weissblat A.V. Microwave Switching Devices with Semiconductor Diodes, M.: Radio and Communications, 1987, p. 50-71.

6. Резонаторы кварцевые РГ-08. Технические условия ЩЖ)338068ТУ, 1976, с.21.6. Quartz resonators RG-08. Specifications ShchZH) 338068TU, 1976, p.21.

7. Клич С.М. и др. Проектирование приемных устройств, М.: Советское радио, 1976, с.186-194.7. Klich S.M. et al. Design of receiving devices, M .: Soviet Radio, 1976, p.186-194.

Claims (2)

1. Частотно-модулированный высотомер, содержащий генератор тактовых импульсов, переключатель направления перестройки частоты передатчика, последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, модулятор, второй вход которого соединен с выходом переключателя направления перестройки частоты передатчика, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого подключен к второму выходу передатчика, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, а первый и второй выходы соединены соответственно - с третьим входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика и вторым входом усилителя разностной частоты, выход которого дополнительно подключен к четвертому входу блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, отличающийся тем, что введены компаратор, первый вход которого соединен с вторым выходом модулятора, а на второй вход подается фиксированное напряжение, генератор опорных частот, последовательно соединенные pin - переключатель, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора опорных частот, а третий вход - с первым выходом компаратора, второй смеситель, второй вход которого подключен к третьему выходу передатчика, полосовой усилитель, детектор и блок логических элементов, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходу компаратора, а четвертый вход - к третьему выходу генератора тактовых импульсов, первый выход - к третьему входу счетчика-вычислителя, а второй выход - к входу переключателя направления перестройки частоты передатчика.1. A frequency-modulated altimeter comprising a clock generator, a direction switch for adjusting the frequency of the transmitter, a source of an analog reference signal connected in series, a digital control unit for the speed of adjusting the frequency of the transmitter, the second input of which is connected to the first output of the clock, the modulator, the second input of which is connected with the output of the transmitter frequency tuning direction switch, a frequency modulated transmitter and a transmitting antenna, in series connected by a receiving antenna, a first mixer, the second input of which is connected to the second output of the transmitter, a differential frequency amplifier and a counter-calculator, the second input of which is connected to the second output of the clock generator, and the first and second outputs are connected respectively to the third input of the digital speed control unit tuning the frequency of the transmitter and the second input of the differential frequency amplifier, the output of which is additionally connected to the fourth input of the digital control unit of the tuning speed often s of the transmitter, characterized in that a comparator is introduced, the first input of which is connected to the second output of the modulator, and a fixed voltage is applied to the second input, the reference frequency generator, pin-switch connected in series, the first and second inputs of which are connected to the first and second outputs of the generator, respectively reference frequencies, and the third input with the first output of the comparator, the second mixer, the second input of which is connected to the third output of the transmitter, a strip amplifier, a detector and a block of logic elements, the second and third inputs of which are respectively connected to first and second output of the comparator, and a fourth input - to the output of the third clock pulse generator, the first output - to the third input-calculating counter and the second output - to the input of the transmitter frequency direction adjustment switch. 2. Частотно-модулированный высотомер по п.1, отличающийся тем, что блок логических элементов содержит первый и второй элементы И, последовательно соединенные третий элемент И, первый элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, и RS-триггер, последовательно соединенные четвертый элемент И, второй элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход - со вторым входом RS-триггера, последовательно соединенные расширитель импульсов, вход которого соединен с вторым выходом первого элемента ИЛИ, пятый элемент И, второй вход которого соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов, и второй триггер, первый выход которого соединен входом переключателя направления перестройки частоты передатчика и с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а второй выход - с вторыми входами первого и второго элементов И, первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И подключены к выходу детектора, третьи входы первого и четвертого элементов И подключены к первому выходу компаратора, третьи входы второго и третьего элементов И подключены к второму выходу компаратора, а выход RS-триггера подключен к третьему входу счетчика-вычислителя.2. The frequency-modulated altimeter according to claim 1, characterized in that the block of logic elements contains the first and second elements AND, connected in series with the third element AND, the first element OR, the second input of which is connected to the output of the first element And, and the RS-trigger, the fourth element AND connected in series, the second OR element, the second input of which is connected to the output of the second AND element, and the output to the second input of the RS trigger, the pulse extender connected in series, the input of which is connected to the second output of the first AND element LI, the fifth element And, the second input of which is connected to the third output of the clock generator, and the second trigger, the first output of which is connected to the input of the switch of the direction of tuning the frequency of the transmitter and to the second inputs of the third and fourth elements of And, and the second output to the second inputs of the first and the second elements And, the first inputs of the first, second, third and fourth elements And are connected to the output of the detector, the third inputs of the first and fourth elements And are connected to the first output of the comparator, the third inputs of the second and three of the three elements AND are connected to the second output of the comparator, and the output of the RS-trigger is connected to the third input of the counter-calculator.
RU2003112087/09A 2003-04-24 2003-04-24 Frequency-modulated altimeter RU2234718C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003112087/09A RU2234718C1 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Frequency-modulated altimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003112087/09A RU2234718C1 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Frequency-modulated altimeter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2234718C1 true RU2234718C1 (en) 2004-08-20
RU2003112087A RU2003112087A (en) 2004-11-10

Family

ID=33414368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003112087/09A RU2234718C1 (en) 2003-04-24 2003-04-24 Frequency-modulated altimeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234718C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2501036C1 (en) * 2012-08-10 2013-12-10 Александр Абрамович Часовской Altimeter
RU187716U1 (en) * 2018-03-12 2019-03-15 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" RADIO ALTIMETER OF SMALL ALTITUDES WITH FREQUENCY MODULATION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2501036C1 (en) * 2012-08-10 2013-12-10 Александр Абрамович Часовской Altimeter
RU187716U1 (en) * 2018-03-12 2019-03-15 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" RADIO ALTIMETER OF SMALL ALTITUDES WITH FREQUENCY MODULATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0550291B1 (en) Microwave oscillator
US6462705B1 (en) Spread spectrum radar clock
US7898344B2 (en) Phase-locked oscillator and multi-radar system using same
US4509049A (en) FMCW system for providing search-while-track functions and altitude rate determination
US7551703B2 (en) Rate locked loop radar timing system
US5023572A (en) Voltage-controlled oscillator with rapid tuning loop and method for tuning same
US8284099B2 (en) FMCW signal generation circuit and radar apparatus
US10620589B1 (en) Millimeter wave chip scale atomic clock
US10520596B2 (en) FM-CW radar and method of generating FM-CW signal
US11397446B2 (en) Circuit device, electronic device, communication system, and vehicle electronic key system
JPH0122911B2 (en)
JPH0259644B2 (en)
US20040051926A1 (en) Photoelectronic mixing device (pmd) system
RU2234718C1 (en) Frequency-modulated altimeter
JPH06120735A (en) Oscillation circuit
US20090174594A1 (en) High frequency radar altimeter
US7038507B2 (en) Frequency synthesizer having PLL with an analog phase detector
JP2020085867A (en) Distance velocity measurement device and distance velocity measurement method
US4426647A (en) Radar arrangement for measuring velocity of an object
CN110927686A (en) Modulation frequency deviation mapping device for linear frequency modulation signal
US4320355A (en) Sweep signal generation system
JPH0318784A (en) Fm-cw distance measuring method
US11188032B2 (en) Molecular clock with delay compensation
RU2106655C1 (en) Frequency-modulated altimeter
RU2263330C2 (en) Frequency-modulated radio height meter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090425