RU2263330C2

RU2263330C2 - Частотно-модулированный радиовысотомер

Info

Publication number: RU2263330C2
Application number: RU2003124129/09A
Authority: RU
Inventors: В.М. Жуков (RU); В.М. Жуков; М.В. Жуков (RU); М.В. Жуков
Original assignee: ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-10-27
Also published as: RU2003124129A

Abstract

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в радиовысотомерах, предназначенных для работы в условиях организованных помех. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости за счет перестройки частоты настройки резонатора в соответствии с изменением частоты передатчика. Для этого в частотно-модулированный радиовысотомер, содержащий источник опорного аналогового сигнала, блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, модулятор, передатчик с частотной модуляцией, передающую антенну, приемную антенну, первый смеситель, усилитель разностной частоты, счетчик-вычислитель, генератор тактовых импульсов, переключатель направления перестройки частоты передатчика, введены pin-переключатели, направленные ответвители, резонатор, делитель мощности, твердотельная линия задержки и блок настройки резонатора, обеспечивающие перестройку резонатора, установленного на входе приемника радиовысотомера, в соответствии с изменением частоты передатчика. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, а именно к радиовысотомерам с частотной модуляцией зондирующего сигнала, и может быть использовано при проектировании радиовысотомеров, к которым предъявляются требования повышенной помехозащищенности.

Известны [1], с.173-174, радиовысотомеры (РВ) с частотной модуляцией, в которых информация о высоте Н извлекается из разности излученной и принятой частот (частоты биений f_б), определяемой как

где ΔF - девиация частоты передатчика (ДЧП);

с - скорость света;

Т_м - период модуляции.

Недостатком таких РВ является относительно широкая полоса пропускания приемника Δf_p, необходимая для пропускания частот биений, соответствующих минимальной и максимальной измеряемым высотам Н_мин и Н_макс.

Если, например, ΔF=100 МГц, Т_м=3 мс, то при полете на высотах H₁=2 м и Н₂=2000 м f_б1=444 Гц, a f_б2=444 кГц соответственно.

Следовательно, полоса пропускания Δf_p приемника должна быть не менее Δf_p=444 кГц, что снижает чувствительность приемника и помехоустойчивость РВ.

Поэтому принимаются меры по снижению полосы пропускания Δf_p.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) 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 со вторым входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, второй выход соединен со вторым входом усилителя разностной частоты, последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов, блок 7 выделения измерительного интервала полосы модуляции, переключатель 8 направления перестройки частоты передатчика, выход которого подключен ко 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].

При включении этот РВ работает в режиме поиска следующим образом.

Под действием сигнала с выхода блока 11 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика модулятор 1 формирует пилообразное напряжение, период повторения которого изменяется от Т_мин. до Т_макс. Это напряжение поступает на передатчик 2, генерирующий сверхвысокочастотные (СВЧ) колебания, несущая частота которых изменяется от F_мин. до F_макс. СВЧ-колебания передатчика 2 частоты F_u (F_мин.≤F_u≤F_макс.) подводятся к передающей антенне 3 и излучаются по направлению к земной поверхности.

Отраженные от земли сигналы частоты F₀ принимаются приемной антенной 4 и поступают на первый вход смесителя 5, на второй вход которого подаются СВЧ-колебания частоты F_И с второго выхода передатчика 2.

Возникающие на выходе смесителя 5 колебания частоты биений f_б=F_И-F₀ поступают на вход усилителя 6, настроенного на частоту f_p и имеющего полосу пропускания Δf_p. Когда частота биений f_б попадает в полосу пропускания Δf_p усилителя 6, эти колебания усиливаются усилителем 6 разностной частоты и поступают на вход счетчика-вычислителя 9, на второй вход которого подаются колебания опорной частоты f₀ с второго выхода генератора 10 тактовых импульсов. Счетчик-вычислитель 9 сравнивает частоты f_б и f₀ и, когда в результате увеличения периода модуляции Т_м частота f_б становится равной частоте f₀, на первом выходе счетчика-вычислителя 9 возникает сигнал, переводящий блок 11 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика из режима поиска в режим слежения, при котором блок 7 формирует импульсы, длительность которых несет информацию о высоте. Эти импульсы поступают на 2-ой вход счетчика-вычислителя 9, где преобразуются в код, содержащий информацию о высоте. В связи с тем, что частота биений поддерживается постоянной, возможно значительное уменьшение полосы пропускания Δf_p усилителя 6 (до 10 кГц) [2], что позволяет повысить чувствительность приемника и помехозащищенность РВ.

Недостатком такого РВ является относительно низкая помехоустойчивость к воздействию описанной в [3], с.9, двухчастотной помехи, представляющей собой СВЧ-сигналы в виде 2-х частот f₁ и f₂, сдвинутых между собой на величину промежуточной (разностной) частоты приемника подавляемой радиолокационной станции (РВ).

частоты приемника подавляемой радиолокационной станции (РВ).

Основным преимуществом такой помехи является возможность создания высокой спектральной плотности

где Р_n - мощность помехи;

Δf_n - полоса частот, в которой она создается.

В данном варианте помеха может быть создана в полосе Δf_n=Δf_p. В большинстве отечественных и зарубежных РВ с частотной модуляцией Δfp=10-15 кГц.

Если же использовать обычную шумовую помеху, то для подавления РВ ее необходимо создавать в полосе ΔF и ее спектральная плотность

Таким образом

Если, например, ΔF=100 МГц, a Δf_p=l5 кГц, то

или

Для подавления РВ необходимо, чтобы f₂=f₁+f_p, помеха на одной из частот, например f₁, представляла непрерывные немодулированные колебания и выполняла роль гетеродинного сигнала, а колебания на второй частоте были бы промодулированы по амплитуде частотой, соответствующей частоте настройки усилителя разностной частоты (УРЧ) подавляемого РВ.

Воздействуя на смеситель РВ, такая помеха может ослабляться им, причем максимальное ослабление N дает балансный смеситель, при этом N=20-25 дБ. Но даже и в этом случае спектральная плотность такой помехи будет на 13-18 дБ выше, чем шумовой. Эта помеха создаст на выходе смесителя сигнал разностной частоты, который усиливается усилителем 6 и воспринимается счетчиком-вычислителем 9 как полезный сигнал, что приводит к выдаче ложной информации о высоте.

Недостатком этого РВ является недостаточная помехоустойчивость.

Целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости РВ. Поставленная цель достигается тем, что в частотно-модулированный высотомер, содержащий приемную и передающую антенны, последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, модулятор, передатчик с частотной модуляцией, последовательно соединенные смеситель, второй вход которого подключен к второму выходу передатчика, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, первый выход которого соединен с вторым входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, блок выделения измерительного интервала полосы модуляции, второй вход которого подключен к третьему выходу передатчика, переключатель направления перестройки частоты передатчика, выход которого подключен к второму входу модулятора, второй вход счетчика-вычислителя соединен с вторым выходом блока выделения измерительного интервала полосы модуляции, третий вход - с вторым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход соединен с вторым входом усилителя разностной частоты, выход которого дополнительно подключен к четвертому входу блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, третий вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовых импульсов, введены последовательно соединенные первый pin-переключатель, делитель мощности, первый направленный ответвитель, настраиваемый резонатор, второй pin-переключатель, блок настройки резонатора, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам модулятора, а выход - к второму входу настраиваемого резонатора, последовательно соединенные твердотельная линия задержки, вход которой подключен ко второму входу делителя мощности, и второй направленный ответвитель, первый выход передатчика подключен к входу первого pin-переключателя, второй выход которого соединен с входом передающей антенны, второй вход первого направленного ответвителя подключен к выходу приемной антенны, второй вход второго направленного ответвителя подключен к второму выходу второго pin-переключателя, а выход к первому входу смесителя, на вторые входы pin-переключателей и четвертый вход блока настройки резонатора поступает команда "Контроль", а блок настройки резонатора содержит генератор счетных импульсов, дискриминатор настройки, последовательно соединенные разрешающий триггер, первый вход которого подключен к второму выходу модулятора, а второй вход - к выходу дискриминатора настройки, элемент И, второй вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, и счетчик импульсов, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, сумматор кодов, вторые входы которого подключены к выходам счетчика импульсов, первое оперативное запоминающее устройство, вторые входы которого подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя, мультиплексор, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен ко второму входу блока настройки резонатора, сигнальный вход первого аналого-цифрового преобразователя подключен в первому выходу модулятора, тактовый вход первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход разрешающего триггера и второй вход счетчика импульсов подключены ко второму выходу модулятора, вход дискриминатора настройки подключен к первому выходу второго pin-переключателя, а выход - к второму входу разрешающего триггера и третьему входу первого оперативно запоминающего устройства, вторые входы сумматора кодов подключены к выходам счетчика импульсов, а выходы - ко вторым входам мультиплексора, а на третий вход мультиплексора и четвертый вход первого оперативно запоминающего устройства подается команда "Контроль".

Сущность заявляемого устройства состоит в том, что вновь введенные блоки обеспечивают настройку узкополосного резонатора, установленного на входе приемника, в соответствии с изменением частоты передатчика, что позволяет повысить помехозащищенность РВ по отношению к воздействию помехи в виде двух частот, разнесенных между собой на частоту настройки усилителя разностной частоты РВ.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает наличие вновь вводимых блоков: направленных ответвителей, pin-переключателей, делителя мощности (ДМ), твердотельной линии задержки (ТТЛЗ), блока настройки резонатора (БНР), элементов И, разрешающего триггера (РТ), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), цифроаналогового преобразователя (ЦАП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), дискриминатора настройки, мультиплексора, счетчика импульсов, сумматора кодов, многоотводной линии задержки.

Введение подобных блоков для повышения помехоустойчивости РВ из общедоступных источников неизвестно, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "Новизна".

Вновь введенные блоки известны и описаны в литературе:

- элементы И, ОЗУ, кварцевые генераторы, мультиплексоры, сумматоры кодов, счетчики импульсов, ЦАП, АЦП в [4], с.102-105, 121-124, 298-300, 326-327, 331-334, 344-353, 447-450 и 454-457 соответственно;

- pin-переключатели в [5], с.50-71;

- направленные ответвители, делители мощности в [6], с.57-58, 68-71 соответственно;

- твердотельные линии задержки в [7], с.215;

- многоотводные линии задержки в [8], с.344-348;

- настраиваемые резонаторы в [9], с.154;

- блок настройки резонатора может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.4 и содержащей известные элементы.

Однако их включение в соответствии с описанными связями дает возможность перестраивать узкополосный резонатор в соответствии с частотой передатчика и тем самым повысить помехозащищенность РВ.

Такое решение явным образом не следует из уровня техники, что соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется дальнейшим описанием и чертежами, на которых представлены:

- фиг.1 - функциональная схема прототипа;

- фиг.2 - функциональная схема предлагаемого высотомера;

- фиг.3 - вариант функциональной схемы модулятора;

- фиг.4 - вариант функциональной схемы блока настройки резонатора;

- фиг.5 - вариант возможной функциональной схемы дискриминатора настройки;

- фиг.6 и 7 - эпюры напряжений и временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Функциональная схема устройства приведена на фиг.2, на которой обозначены:

1 - источник опорного аналогового сигнала (ИОАС);

2 - блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика (БЦУСПЧП);

3 - модулятор (М);

4 - передатчик с частотной модуляцией (ПРД);

5 - первый pin-переключатель;

6 - антенна передающая (АПРД);

7 - антенна приемная (АПРМ);

8 - первый направленный ответвитель (1-ый НО);

9 - настраиваемый резонатор (HP);

10 - второй pin-переключатель;

11 - второй направленный ответвитель (2-ой НО);

12 - смеситель (CM);

13 - усилитель разностной частоты (УРЧ);

14 - счетчик-вычислитель (СВ);

15 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);

16 - блок выделения измерительного интервала полосы модуляции (БВИИПМ);

17 - переключатель направления перестройки частоты передатчика (ПНПЧП);

18 - делитель мощности (ДМ);

19 - твердотельная линия задержки (ТТЛЗ);

20 - блок настройки резонатора (БНР).

Связи между указанными блоками соответствуют приведенным на фиг.2.

Модулятор 3 (фиг.3) содержит последовательно соединенные:

21 - генератор импульсов переменной частоты (ГИ);

22 - делитель частоты (ДЧ);

23 - генератор пилообразного напряжения (ГПН).

Блок настройки резонатора 20 (фиг.4) содержит:

24 - первый аналого-цифровой преобразователь (1-ый АЦП);

25 - разрешающий триггер (РТ);

26 - элемент И;

27 - счетчик импульсов (СИ);

28 - сумматор кодов (СК);

29 - генератор счетных импульсов (ГСИ);

30 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

31 - дискриминатор настройки (ДН);

32 - мультиплексор;

33 - первое оперативно-запоминающее устройство (1-ое ОЗУ).

Связи между указанными блоками соответствуют приведенным на фиг.4.

Дискриминатор настройки 31 (фиг.5) содержит:

34 - детектор;

35 - второй АЦП;

36 - второе ОЗУ;

37 - линия задержки (ЛЗ);

38 - схема сравнения кодов (ССК);

39 - выходной генератор (ВГ);

40 - триггер.

Связи между указанными блоками соответствуют приведенным на фиг.5. На фиг.6 изображены эпюры напряжений и временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства в режиме "Контроль":

а - напряжение на выходе модулятора 3;

б - импульсы, снимаемые со второго выхода модулятора 3;

в - импульсы генератора счетных импульсов 29;

г - напряжение на выходе детектора 34;

д - импульсы на первом выходе ЛЗ 37;

е - импульсы на втором выходе ЛЗ 37;

ж - импульсы на четвертом выходе ЛЗ 37;

и - импульсы на пятом выходе ЛЗ 37;

к - импульсы на выходе ДН 31.

На фиг.7 изображены:

а - частота передатчика 4;

б - импульсы на втором выходе модулятора 3;

в - частота настройки HP 9.

РВ имеет два режима работы: "Контроль", предназначенный для проверки работоспособности РВ и формирования сигналов, обеспечивающих настройку резонатора 9 под частоту передатчика, и режим "Работа", когда измеряется высота.

При включении в режим "Контроль" РВ работает в режиме поиска следующим образом. На вторые входы первого 5 и второго 10 pin-переключателей поступают напряжения, под действием которых выход 1 передатчика 4 подключается к входу ДМ 18, выход резонатора 9 - ко входу БНР 20 (фиг.2), на выход мультиплексора 32 поступает код с выхода СК 28, а первое ОЗУ 33 переводится в режим "Запись" (фиг.4).

Под действием сигнала с выхода 1 блока 2 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика модулятор 3 (фиг.3) формирует пилообразное напряжение U_м, период повторения Т_п которого изменяется от Т_мин. до Т_макс. Это напряжение поступает на передатчик 4, генерирующий СВЧ-колебания, несущая частота которых F_И изменяется от F_мин. до F_макс. СВЧ-колебания передатчика подводятся к первому pin-переключателю 5 и через второй выход делителя мощности 18, ТТЛЗ 19, первый вход второго НО 11 поступают на первый вход смесителя 12, на второй вход которого подаются СВЧ-колебания с второго выхода передатчика 4 (фиг.2).

На выходе смесителя 12 возникают колебания частоты биений f_б=F_И-F_ЛЗ, где F_ЛЗ - частота колебаний, снимаемых с выхода ТТЛЗ 18.

В процессе поиска задержанного ТТЛЗ 18 сигнала в результате увеличения периода Т_м уменьшается частота f_б и попадает в полосу пропускания УРЧ 13, колебания усиливаются им и поступают на четвертый вход БЦУСПЧП 2, на третий вход которого подаются колебания частоты f₀, снимаемые с выхода 3 ГТИ 15, и на первый вход счетчика-вычислителя 14, на второй вход которого подаются колебания частоты f_u с второго выхода генератора 15 тактовых импульсов. БЦУСПЧП 2 сравнивает частоты f_б и f₀ и, когда в результате увеличения периода модуляции Т_м разностная частота f_б становится равной частоте f₀, переходит из режима поиска в режим слежения, при котором выдается сигнал слежения на втором выходе, а блок 16 выделения измерительного интервала полосы модуляции обрабатывает аналогично прототипу СВЧ-сигнал, снимаемый с выхода 3 передатчика 4, и формирует импульсы, управляющие работой счетчика-вычислителя. Эти импульсы поступают на 2-ой вход СВ 14, формирующего код высоты в режимах "Контроль" и "Работа" и напряжение, поступающее на 2-й вход УРЧ 13.

После перехода РВ в режим слежения включается блок 20 настройки резонатора (фиг.4), который работает следующим образом. На его второй и третий входы подаются напряжение U_м и импульс "б", снимаемые с первого и второго выходов модулятора 3 соответственно. При этом период повторения импульсов "б"

Т_д=Т_м/n,

где n - число, определяемое исходя из требуемой точности настройки частоты HP 9 и девиации ΔF,

где ΔF_н - точность настройки резонансной частоты HP 9.

Если, например, ΔF=128 МГц, а Δf_н=1 МГц, то n=128.

Необходимое соотношение между Т_д и Т_м можно получить при построении модулятора по схеме, приведенной на фиг.3. Она отличается от схемы модулятора, приведенной в [2], тем, что дополнительно введены генератор импульсов переменной частоты 21, на вход которого подается управляющий сигнал с выхода блока 2 БЦУСПЧП, и делитель частоты, 22, запускающий ГПН 23, выходной сигнал которого поступает как на первый выход модулятора 3, так и на сигнальный вход первого АЦП 24, а импульс "б" - на его тактовый вход. При поступлении импульсов "б" модулятора на выходе первого АЦП 24 возникает код, соответствующий напряжению U_м и поступающий на первые входы сумматора кодов 28, на вторые входы которого подается код, снимаемый с выхода счетчика импульсов 27 и формируемый следующим образом.

Импульсы "б" модулятора 3 приводят в пулевое состояние триггеры счетчика импульсов 27, поступают на первый вход разрешающего триггера 25 и переводят его в состояние логической единицы, при котором открывается второй элемент И 26, и импульсы генератора счетных импульсов 29 начинают поступать на счетчик импульсов 27, увеличивая его выходной код, поступающий на вторые входы СК 28. При этом период повторения этих импульсов

где К - целое число.

Код с выхода сумматоров кодов 28 через мультиплексор 32 типа "2-1" поступает на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 30, выходное напряжение которого подается на варикап HP 9, изменяющий его резонансную частоту. Выходной сигнал HP 9 поступает на вход дискриминатора настройки 31, который работает следующим образом.

Выходной сигнал HP 9 поступает на вход дискриминатора настройки 31, который работает следующим образом.

Снимаемые с первого выхода ДМ 18 СВЧ-колебания через первый направленный ответвитель 8, HP 9 и первый выход второго pin-переключателя 10 поступают на вход детектора 34 (фиг.5), преобразующего их в напряжение постоянного тока, которое подается на сигнальный вход второго АЦП 35. На тактовый вход этого АЦП подаются импульсы «д» (фиг.6), снимаемые с первого вывода линии задержки (ЛЗ) 37, на вход которой поступают импульсы «в», снимаемые с выхода генератора счетных импульсов 29. Время задержки импульса «д» относительно импульса «б» выбрано из условия

t_ЛЗ>t_ур+t_дет,

где t_ур - время установления амплитуды колебаний в HP 9;

t_дет - постоянная времени детектора.

Включение ЛЗ 37 обеспечивает преобразование вторым АЦП 35 установившегося напряжения "г" с выхода детектора 34 (фиг.6г).

Второй импульс «е», снимаемый с второго вывода ЛЗ 37, приводит триггер 40 в состояние 0, при котором второе ОЗУ 36 переводится в состояние «чтение». При поступлении импульса «ж», снимаемого с третьего вывода ЛЗ 37, на выходе второго ОЗУ 36 появляется ранее записанный в него код, поступающий на первые входы схемы 38 сравнения кодов, на вторые входы которой поступает код с выхода второго АЦП 35. Как следует из фиг.6г, при поступлении большего числа счетных импульсов установившееся напряжение на выходе детектора 34 растет до момента, когда резонансная частота резонатора 9 не станет равной частоте передатчика 4, после чего напряжение начнет уменьшаться.

Поэтому до момента t_н код, записанный во второе ОЗУ 36, меньше кода на выходе второго АЦП 35 и сигнал на выходе схемы сравнения кодов 38 отсутствует. Импульс "и", снимаемый с 4-ого вывода ЛЗ 37, переводит триггер 40 в состояние 0, при котором ОЗУ 36 переходит в состояние "запись" и устанавливает ячейки второго ОЗУ 36 в 0 состояние. Импульс "к", снимаемый с 5-ого вывода ЛЗ 37, записывает во второе ОЗУ 36 код, снимаемый с выхода второго АЦП 35. Таким образом, при поступлении n-ого счетного импульса "в" в ОЗУ 36 оказывается записанный код, соответствующий (n-1) счетному импульсу. Очевидно, что фактом настройки резонатора 9 на частоту передатчика 4 является уменьшение напряжения "г" на выходе детектора, что обнаруживается схемой сравнения кодов 38, под действием выходного сигнала которой срабатывает выходной генератор 39.

Когда частота настройки резонатора 9 станет равной частоте передатчика 4, на выходе дискриминатора 31 возникает импульс "л", по которому разрешающий триггер 25 устанавливается в состояние логического 0, закрывается элемент И 26 и коды на выходах СИ 27 и сумматора кодов 28 перестанут изменяться. Код с выходов сумматора 28 импульсом "к" записывается в первое ОЗУ 33.

Таким образом, в ячейки адреса первого ОЗУ 33 будет поступать код напряжения, определяющего частоту передатчика в момент t₁, а в память ОЗУ 33 - код напряжения с выхода сумматора кодов 28, при котором частота настройки ИР 9 равна частоте передатчика.

Через время t=Т_д (фиг.6) на выходе модулятора 3 возникнет импульс "б" и процесс настройки резонатора 9 под изменившееся напряжение повторяется. Следовательно, в память первого ОЗУ 33 будут записаны коды напряжений с выхода сумматора кодов 28, соответствующие определенным напряжениям, снимаемым с выхода первого модулятора 3.

Оценим время, необходимое для формирования кодов, управляющих частотой настройки резонатора 9.

Будем считать, что в качестве HP 9 используется диэлектрический резонатор (ДР), имеющий собственную добротность Q₀=1,3·10³ [9], с.154, нагруженную добротность Q_н=650, а несущая частота передатчика 4 f_н=4300 МГц.

Тогда полоса пропускания HP 9

Постоянная времени установления сигнала на выходе HP 9

а время установления напряжения

t_у=2,3τ_у=0,23 мкс.

Следовательно, длительность τ_u импульса, снимаемого с выхода счетчика импульсов 27, должна быть не менее 0,3 мкс. Примем дискрет установки частоты настройки резонатора 9 f_д=1 МГц, а возможное отклонение частоты настройки ΔF_н=16 МГц [10], с.5, 16. Тогда счетчик импульсов 27 должен устанавливаться в 16 положений, а время прохода диапазона настройки Т_н=16τ_u=4,8 мкс. С некоторым запасом примем период повторения импульсов "в" Т_в=5 мкс. Будем также считать, что диапазон перестройки частоты передатчика составляет 160 МГц, а шаг дискретизации частоты передатчика выбран равным 1 МГц, т.е. имеется m=160 дискретных частот передатчика в режиме "Контроль". Тогда необходимое для настройки время Т=n·Т_в=160·5=0,8 мс.

Покажем возможность реализации такого времени подстройки. В большинстве отечественных и зарубежных РВ с частотной модуляцией ΔF=100 МГц, a f_б=30 кГц.

Если время задержки ТТЛЗ 19 соответствует имитируемой высоте Н=500 м, то

Это время значительно больше времени Т_н, необходимого для настройки резонатора, т.е. подстройка резонатора 9 будет обеспечена. Малое время получения информации, достаточной для настройки резонатора 9, позволяет проводить режим "Контроль" не только при предполетной (предстартовой) подготовке, но и в процессе полета.

В режиме измерения высоты РВ работает следующим образом. Снимаются управляющие сигналы "Контроль", поступающие на pin-переключатели 5 и 10, первое ОЗУ 33 переводится в режим "Чтение", а мультиплексор 32 обеспечивает подачу на вход ЦАП 30 кодов, записанных в первое ОЗУ 33. Сигналы с 1-ого выхода передатчика 4 через 1-ый pin-переключатель 5 поступают на вход передающей антенны 6, излучаются, отражаются от земной поверхности, принимаются приемной антенной 7 и через 1-ый направленный ответвитель 8 поступают на 1-ый вход резонатора 9, на второй вход которого поступает управляющее напряжение с выхода блока настройки резонатора 20, формирующееся следующим образом.

Импульсы "б" (фиг.7), снимаемые со второго выхода модулятора 3, в момент t₁ поступают на первый вход РТ 25 и на тактовый вход АЦП 24, на выходе которого формируется код, соответствующий напряжению с выхода модулятора и поступающий на сигнальные входы первого ОЗУ 33, из памяти которого извлекается код, соответствующий этому напряжению и поступающий через мультиплексор 32 на ЦАП 30, на выходе которого формируется напряжение U_упр, поступающее на второй вход HP 9 и настраивающее его на частоту излученного в момент t₁ сигнала передатчика.

Отраженные от земной поверхности сигналы принимаются приемной антенной 7 и через первый направленный ответвитель 8, резонатор 9, второй выход второго pin-переключателя 10 и второй направленный ответвитель 11 поступают на первый вход смесителя 12. При увеличении напряжения модулятора в момент t₂ на его выходе возникнет импульс "б₂", под действием которого произойдет настройка резонатора 9 на частоту f₂ передатчика 4 и т.д. Таким образом, частота настройки резонатора 9 будет устанавливаться равной частоте передатчика с дискретностью ΔF_д (фиг.7в).

Выделенные на выходе смесителя 12 сигналы частоты биений f_б усиливаются и обрабатываются так же, как и в режиме "Контроль", формируя на выходе РВ кодовый сигнал, соответствующий измеренной высоте.

Покажем возможность настройки резонатора 9 в рабочем режиме. Очевидно, что если считать, что Н_мин=5 м, ΔF=100 МГц и f_б=30 кГц, то

Если n=100, то Т_д=1,1 мкс, т.е. с таким темпом будет изменяться напряжение, поступающее на вход настраиваемого резонатора 9 с выхода ЦАП 30. Это время больше, чем t_у=0,23 мкс. Следовательно, резонатор 9 будет настроен за время Т_д на частоту принятого сигнала. Для поддержания постоянной амплитуды напряжения разностной частоты f_б, снимаемого с выхода усилителя разностной частоты 13, на его второй вход, как и в прототипе, подается управляющее напряжение со второго выхода БЦУСПЧП 2.

Блоки: источники опорного аналогового сигнала, блок цифрового управления скорости перестройки частоты передатчика, переключатель направления перестройки частоты передатчика, генератора тактовых импульсов, счетчик-вычислитель, блок выделения измерительного интервала полосы модуляции, усилитель разностной частоты, передатчик, смеситель, приемная и передающая антенны идентичны соответствующим блокам, примененным в прототипе.

Основным преимуществом заявляемого РВ по сравнению с прототипом является более высокая помехозащищенность к воздействию описанной в [3], с.9, двухчастотной помехи, скважность Р которой на выходе смесителя 12 будет

Если, например, ΔF=100 МГц, a Δf_p=6,6 МГц, то Р=100/6,6=15, т.е. средняя мощность двухчастотной помехи будет в 15 раз ниже, чем в прототипе.

Использование АЦП для формирования напряжения, управляющего частотой настойки резонатора 9, как в режиме "Контроль", так и в рабочем режиме позволяет снизить предъявляемые к нему требования в части интегральной нелинейности, ошибки смещения, коэффициента передачи, температурного дрейфа и другим ошибкам, вносимым АЦП.

Вновь вводимые блоки: pin-переключатели и направленные ответвители имеют малые затухания (менее 1,5 дБ) и не приведут к значительным снижениям излучаемой мощности и чувствительности приемника.

Для построения заявляемого высотомера может быть использована элементная база, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью.

Вновь введенные генератор счетных импульсов, разрешающий триггер, элемент И, счетчик импульсов могут быть выполнены в виде одной программируемой логической интегральной схемы, a pin-переключатели, делитель мощности и направленные ответвители могут быть изготовлены по тонкопленочной технологии.

Следовательно, введение дополнительных блоков не приведет к значительному увеличению объема и массы по сравнению с прототипом.

Таким образом, предлагаемое техническое решение может быть реализовано и по сравнению с прототипом позволяет повысить помехоустойчивость за счет узкой полосы пропускания НР, перестраиваемого в соответствии с частотой передатчика, и может быть использовано при разработке РВ малых высот, к которым предъявляются требования повышенной помехозащищенности.

Литература

1. Жуковский А.П. и др. Теоретические основы радиовысотометрии. - М.: Советское радио, 1979, с.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.

3. В.В.Дрогалин, А.Р.Ильчук, А.И.Канащенков и др. Помехоустойчивые алгоритмы вторичной обработки информации // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 2002, №11, с.9.

4. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982, с.102-105, 122-124, 286, 288, 298-300, 331-334, 344-353, 447-450, 454-457.

5. Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987, с.50-71.

6. Микроэлектронные устройства СВЧ. Под ред. проф. Г.И.Веселова. - М.: Высшая школа, 1988, с.57-58, 68-71.

7. Гассанов Л.Г. и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М.: Радио и связь, 1988, с.215.

8. Радиодетали, радиокомпоненты и их расчет. Под ред. А.В.Коваля. - М.: Советское радио, 1977, с.344-348.

9. Диэлектрические резонаторы. Под ред. проф. М.Е.Ильченко. - М.: Радио и связь, 1989, с.154, табл. 72.

10. Частотно-модулированный радиовысотомер. Патент РФ №2133483 по заявке №98107607 от 21.04.1998 г., кл. G 01 S 13/34, с.5, 16.

Claims

1. Частотно-модулированный высотомер, содержащий приемную и передающую антенны, последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, модулятор, передатчик с частотной модуляцией, последовательно соединенные смеситель, второй вход которого подключен к второму выходу передатчика, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, первый выход которого соединен с вторым входом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, блок выделения измерительного интервала полосы модуляции, второй вход которого подключен к третьему выходу передатчика, переключатель направления перестройки частоты передатчика, выход которого подключен к второму входу модулятора, второй вход счетчика-вычислителя соединен с вторым выходом блока выделения измерительного интервала полосы модуляции, третий вход - с вторым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход счетчика-вычислителя соединен с вторым входом усилителя разностной частоты, выход которого дополнительно подключен к четвертому входу блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, третий вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные первый pin-переключатель, делитель мощности, первый направленный ответвитель, настраиваемый резонатор, второй pin-переключатель, блок настройки резонатора, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам модулятора, пятый вход - ко второму выходу блока цифрового управления скоростью перестройки частоты модуляции, а выход - ко второму входу настраиваемого резонатора, последовательно соединенные твердотельная линия задержки, вход которой подключен ко второму выходу делителя мощности, и второй направленный ответвитель, первый выход передатчика подключен к входу первого pin-переключателя, второй выход которого соединен с входом передающей антенны, второй вход первого направленного ответвителя подключен к выходу приемной антенны, второй вход второго направленного ответвителя подключен ко второму выходу второго pin-переключателя, а выход к первому входу смесителя, на вторые входы pin-переключателей и четвертый вход блока настройки резонатора в режиме "Контроль" поступает команда "Контроль", а выходом высотомера является выход счетчика-вычислителя.

2. Частотно-модулированный высотомер по п.1, отличающийся тем, что блок настройки резонатора содержит последовательно соединенные генератор счетных импульсов и дискриминатор настройки, последовательно соединенные разрешающий триггер, элемент И, второй вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, счетчик импульсов, последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, сумматор кодов, первое оперативного запоминающее устройство, мультиплексор и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен ко второму входу настраиваемого резонатора, сигнальный вход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к первому выходу модулятора, тактовый вход первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход разрешающего триггера и второй вход счетчика импульсов подключены ко второму выходу модулятора, второй вход разрешающего триггера подключен к выходу дискриминатора настройки, второй вход которого подключен к первому выходу второго pin-переключателя, вторые входы сумматора кодов подключены к выходам счетчика импульсов, а выход - к вторым входам мультиплексора, третий вход первого оперативного запоминающего устройства подключен к выходу дискриминатора настройки, вход генератора счетных импульсов подключен ко второму выходу блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, а на третий вход мультиплексора и четвертый вход первого оперативного запоминающего устройства подается команда "Контроль".