SU717676A1 - Цифровой частотно-модулированный высотомер - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЬГЙ ВЫСОТОМЕР

1

Изобретение относитс  к радиолокации.

Известен цифровой частотно-моцулированный высотомер, работающий по принципу выделени  и обработки разностной частоты между пр мым сигналом передатчика, непрерывно излучаемым в направлении к земно поверхности, и отраженным от земли эхо-сигналом 11,.

Недостатком такого высотомера  вл етс  широкополосность прием1щка, что снижает чувствительность и помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  цифровой частотно-модулированный .высотомер, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, последовательно соединенные блок переключени  направлени  перестройки передатчика, модул тор, передатчик и передающую антенну, при этом второй и третий выходы передатчика соединены соответственно с вторым входом- смесител  и первым входом блока выделени  измерительного интервала полосы модул ции, второй вход

которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блока выделени  измерительного интервала полосы модул ции соединены соответственно с третьим и вторым входами счетчика-вычислител  2.

в известном высотомере вследствие неизменности скорости перестройки передат чика, разностна  частота отраженного от земли сигнала на Максимальной и минимальной рабочих высотах отличаетс  в несколько сотен раз. Дл  обеспечени  работы такого вь1сотомера требуетс  широкополосный приемник с полосой пропускани  несколько сотен килогерц , что снижает чувствительность высотомера из-за воздействи  внутренних шумов и внешних помех.

Цель изобретени  - .увеличение чувствительности .

Дл  этого в цифровой частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенны приемную антенну, смеситель, усилитель разностной частоты и счетчик-вы- числитель, последова7слТ)НО соединенные блок переключени  направлени  перестройки передатчика , модуп тор, передатчик и передающую антенну, при этом второй и третий выходы передатчика соединены соответственно с вторым входом смесител  и первым входом блок вьщелени  измерительного интервала полосы модул ции, второй вход которого соедгшен с первым Ьътходом генератора тактовьЬс импульсов , второй выход которого и выход блока вЩёлени  измерительного интервала полосы модул ций соединены соответственно с третьим И вторым входами счетчика-вычислител , введены источник опорного аналогового сигнала и блок цифрового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика, аналоговый йШйрего соединён е управй кищё входом модул тора, первый, второй, аналоговый и одфровой входы блока цифрового управлешш скоростью перестройки час1шъ: передатчика соединены соответственно е третьим выходом Шш1йШ а тйкШ Ш ийЩЖсовГ вШодШ усилител  разностной частоты, В1.1ходом источника опорного аналогового сигнала и пер ЖШ- кодовым выходом счетчика-вычислител , второй кодовый виход которого соединен с Вторым входом усилител  разностной частоты, а блок цифров го упрШЖнй  скоростШ пере стройки частоты передатчика содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый декодирующий преобразователь и второй декодирующий преобразователь, цифровой релейный злемент, выходы которого соеДийеньгс тактовыми и управл ющими вхо дШГрШёрейВйбт счетчика, при этом выход второго декодирующего преобразовател   вл етс  аналоговым выходом блока цифрового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика, а первый и второй входы цифро вого релейного элемента, аналоговый вход первого декодирующего преобразовател  и циф ровЬй вход второго декодирзтощего преобразовател   вл ютс  соответственно первым, вторым, аналоговым и цифровьш вхбдаШ блока дафрового управлешй скоростью перестройки«частоты передатчика. На фиг. 1 изображена структурна  электри ческа  схема предложенного высотомера; на фиг. .2 - вариант реализации блока цифрового управлени  скоростью перестройки «асто ты передатчика; на фиг. 3, 4 - временные диаграммы по сн ющие работу высотомера. Высотомер (фиг. I) содержит модул тор 1, передатчик 2, передающую антенну 3, приемную антенну 4, смеситель 5, усилитель 6 разностной частоты, блок 7-выделеш  измёрй ейбйОгоинтервала полосы модул ции, блок 8 переключени  направлени  перестройки передатчика, счетчик-вычислитель 9, гене 4 ратор 1U тактовых импульсов, блок 11 цйф рового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика и источник 12 опорного аналогового сигнала. Блок 11 (шфрового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика (фиг, 2) содержит первый декодирующий преобразователь 13, цифровой релейный элемент 14, реверсивный счетчик 15 и второй декодирующий преобразователь 16. Высотомер работает следующим образом. При перестройке модул тором 1 частоты передатчика 2 (фиг. За) смеситель 5 вьщел ет разностную частоту между сигналом, который непосредственно поступает от передатчика 2 и сигналом, который проходнЁТ путь: передатчик 2 - передающа  антенна 3 земна  поверхность - приемна  антенна 4 смеситель 5. Сигнал разностной частотьг от смесител  5 усиливаетс  в усилителе 6 и подаетс  на счетчик-вычйслитель 9 да  вычислени  приращени  фазы разностной частоты на заданном числе измерительвых йнтерв шов и на цифровой релейный элемент 14 дл  сравнени  с опорной тактовой частотой. В общем случае счетадк-вычислитель 9 может вычисл ть приращени  фазы ца любом целом числе измерительных интервалов, исход  из особенностей построени  радиовысотомера и с любой степенью точности, определ емой тактовой частотой. На фиг. 3 показан процесс счета и обновле1ш  информации на двух измерительных интервалах, то есть на одном периоде модул ции . обеспечени  циклической рабр1ТЫ на счетчик-вычислитель 9 и блок 8 переключени  направлени  перестройки передатчика подаютс  синхронизирующие сигналы от блока 7 выделени  измерительного интервала полосы модул ции. Так, в момент ti, когда при перестройке . вйиз частота передатчика 2 достигнет нижней границы fmi измерительного интервала (фиг. За), блок 7 выдает сигнал запрета (фиг. 36) ,в счетчик-вычислитель 9, чем останавливает дальнейцшй счет. Кроме того, в момент ti блок 7 вьщает сигнал в блок 8 переключени  направлени  перестройки, передатчика , которое с небольщой задержкой, определ емой тактовой частотой, в момент tj Еьщает в модул тор 1 сигнал на переключе1ше направлени  хода перестройки. В промежутке меглу ti и tj блок 7 вьщает в счетчик-вычислитель 9 импульс разрещещш записи (фиг. Зв), по которому в пам ть счетчика-вычислител  9 записьгоаетс  число N (фиг. Зе), сосчитанное счетчиком 5 вычислителем 9 на предыдущем цикле счета (пТ-Т) и импульс установки О, который устанавливает счётчик в начальное состо ние (фиг. Зг). В момент 1з, когда частота передатчика 2 снова достигнет нижней границы f. Tmv измерительного интервала, но уже при перестройке снизу вверх, блок 7- выделени  измерительного интер вала снимает сигнал запрета (фиг. Зв). В момент t4, когда частота передатчика 2 достигнет верхней границы ffnA измерительного интервала Мл, блок 7 снова выдает сигнал запрета в счетчиквычислитель 9, а в момент ts сигнал в блок 8 дл  изменени  напрйвлённ  перестройки , частоть передатчика. В момент te частота передатчика 2 достигает верхней границы fniA измерительного интервала, блок 7 снимает сигнал запрета (фиг. 36). Счетчик-вычислитель 9 в момент tg продолжает счет с того положени , в KptopOM остановилс  в моМе т t4. В момент 7 ког j частота передатчика 2 достигает нижней . границы ffp измерительного интервала, блок 7 снова останавливает счетчик-вычислитель 9, выдает сигнал разрешени  (фиг. Зв) на запись информации NC в счетчике-вычисЛителе ( фиг. З с) дпв обновлени  числа нам та и производит установку счетчика в исходное состо ние. Далее процесс сброса счета и обновлени  информации повтор етс . ТЬк как циФровь1е схемы обладают высоким быстродействием, то длительность интер&:ала времени от t до 13, от 14 до tg и tHK далее может быть сделана во много раз меньше, чем длительность периода частоты биений. Это позвол ет, в принципе, сойтись без формировани  сигнала запрета, если измерительный интервал полосы модул дам Af4 может быть сделан равным всей полове модул ции от ffnin ДО fmaxДл  повышени  чувствительности и пснмюхо-, N защищенности радиовысотомера за счет з э4сополосного приема необходимо обеспечить, i чтобы при изменении высоты разностна  4aicтота находилась в. полосе пропускани  узкополосного .усилител  6. Это обеспечиваетс  тем, что с высотой скорость перестройки частота передатчика измен етс  в зависимости от числа на вЫходе сметчика-вЫчислиТел  9. Код счетчика-вычислител  9 подаетс  на первь1Й декодирующий преобразователь 13, вьрсодной сигнал которого Л,.р (фиг. 4г) удовлетвор ет следующему условию: )г где Ре деко проп где А - аналоговый сигнал на выходе второго декбдируюшего преобразовател ; Ы(пТ-т)- результат вычислений счетчикавычислител  на предыдущем периоде измерени ; п - пор дковый номер периода измерени  Т.. Сигнал разностной частоты fp сравниваетс  в цифровом релейном элементе 14 с опорной тактовой частотой. На фиг. 4 показан процесс сравнени  и управлени  при характеристике релейного элемента, удовлетвор ющей условию: npHTp Tjj X, приТ-X Tp Vx, (2) 1+Л при То-Х„ Т., wVf ,afo - средн   частота полосы пропускани  усилител  6; Тр - период разностной частоты; 2Хо - зона нечувствительности цифрового релейного элемента. До момента tj (фиг. 4а) период разностной частоты находитс  в зоне нечувствительности , при этом сигнал на выходе цифрового релейного элемента 14 отсутствует (фиг. 46). При. отклонении периода разностной частоты выше зоны нечувствительности от момента ti до t2, вследствие какого-либо возмущающего или дестабилизирующего фактора, например , ухода опорного аналогового сигнала или параметров модул ции из-за изменени  окружающей температуры, цифровой релейный элемент 14 выдает на реверсивный счетчик 15 сигналы на вычитание, уменьшающие его число Npc (фиг. 4в). : ( t ) N ( )+(t -t Vf К Рэ (3) Np, (t,j )- число в реверсивном счетчике до момента tj; ) число в реверсивном счетчике после момента t2; F - тактова  частота, поступающа  на вход цифрового релейного элемента. версивный счетчик 15 управл ет вторым ирующим преобразователем 16 по пр морциональному закону. рс.

где А

опорный аналоговый сигнал

on от источника 12.

Аналогично, в течение времени tj-ta, КОГ да период разностной частоты находитс  в зоне нечувствительности, сигнал на 1выходе второго декодирующего преобразовател  16 не мен етс . В течение времени t4-tj, когда период разностной частоты становитс  ниже зоны нечувствительности, на реверсивный счетчик 15 выдаютс  импульсы на сложение , и ъыходной сигнал второго декодирующего преобразовател  16 увеличиваетс .

Скорость перестройки частоты передатчика 2 на текущем периоде измерени  (пТ) равна

У(ПТ) (5)

где К V - посто нный коэффицент моду1

л тора. Или с учетом (1) и (5)

/х/ пти шИгЛеа f6V

t N CnT-T) W

Разностна  частота Fp ни выходе усилител  6 в текущий период измерени  равна

г(nт).ЛM,

(7)

где fl(hT) - высота полета в текущий пери-э

од измерени . Или с учетом (6)

2Н(пТ)

Аоп-Ку

N

(8)

PC N(nT-T) С .

Так как в предложенном радиовысотомере результат вычислени  счетчика-вычислител  9 не зависит от У , то есть

N(nT-r)-m.2H(nT-TJ, (9)

где С - скорость света;

m - посто нный коэффициент, завис щий от числа измерительных интервалов в периоде измерени  и частоты тактовых импульсов (дл  фиг.З т .2);

Н (пТ-Т) - высота полета в предьщущий период измерени , то

Aon-K -Npc ) р uf-C-m jg

, Соотношени  Н(пТ) и Н{пТ-Т) св заны зависимостью

Н(иТ)Н(пТ-Т)ЙТ,(И)

ше Н - скорость изменени  высоты.

Дл  предложенного радиовысотомера даже при скорости изменени  высоты в несколько сотен метров в секутоду Н(пТ) отличаетс  от Н(пТ-Т) не более чем на 2-3%. Поэтому выражение (10) может быть приведено к виДУ

в .ус

(12)

или, обознача 

ОП .

Д С-«1 О)

(13)

из анализа Fp Кр Npc (2), (3) и (13) видно, что при наличии возмущений или других дестабилизирующих факторов при увеличении (уменьщении) разностной частоты за зону нечувствительности контур обратной.,, св зи, замыкающийс  пространство, стремитс  уменьпшть (увеличить) частоту, тр. есть увеличивает устойчивость радаовысотомера .

В частном случае второй декодирующий

преобразователь 16 может быть включен между модул тором 1 и первьш декодируюишм преобразователем 13, который в этом случае подключаетс  к источнику аналогового сигнала (не показан), Процессы управпени  при этом не измен ютс .

Применегше предложенного цифрового ЧМ радиовысотомера позвол ет по сравнению с известным существенно повьюить чувствительность . Так в нем реализуетс  .узкополосный прием пр Ич полрсе пропускани  приемника менее 10 кГц, в то врем  как дл  работы известного высотомера при том же диапазоне высот требуетс  приемник с полосой Пропускани  до 300 кГц (частота модул ции зоб Гц, полоса модул ции 100 МГц, диапа .зон.высот 1000м).

Claims (2)

1.Цифровой частотно-модулированный высотомер , содержащий последовательно соединённьге приемную антенйу, смеситель, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, последовательно соединенные блок переключени  направлени  перестройка передатчика, модул тор , передатчик и передающую антенну, прн этом второй Н третий выходы передатчика соединены соответственно с вторым входом смесител  н первым входом блока выделени  измерительного интервала полосы модулЯ ции, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блока выделени  измерительного интервала полосы модул ции соединены соответственно с третьим и вторым входами счетчика-вычислител , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности, введены источник опорного аналогового сигнала и блок 1хифр6в6 го управлени  скоростью перестройки частоты передатчика, аналоговый выход которого соединен с управл ющим входом модул тора, первый второй, аналоговый и цифровой входы блока цифрового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика соединены соответственно с третьим выходом генератора тактовых импульсов, выходом усилител  разностной частоты, выходом источника опорного аналогового сигнала и первым кодовым выходом счетчика-вычислител , второй кодовый выход которого соединен с вторым входом усилител  разностной частоты. 2. Цифровой частотно-модулированный высотомер по п. 1, отличающийс  тем, что блок щфрового управлени  скорюстью перестройки частоты передатчика содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый декодирующий преобразователь и второй декодирующий преобразователь, цифровой релейный элемент, выходы которого соединены с тактовыми и управл ющими входами реверсивного счетчика, при этом выход второго декодирующего преобразовател   вл етс  аналоговым выходом блрка цифрового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика, а первый и второй входы цифрового релейного элемента, аналоговый вход первого декодирующего преобразовател  и цифровой вход второго декодирующего преобразовател   вл ютс  соответственно пбрвым вторым, аналоговым и цифровым входами блока цифрового управлени  скоростью перестройки частоты передатчика. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США N 3968492, кл. 343-14, 1976.

2. Патент Англии № 1207565, кл. Н 4 D, 1970 (прототип).

f.J