РАДИОВЫСОТОМЕРЫ

В основе принципа действия радиовысотомеров лежит явление отражения электромагнитных колебаний (радиоволн) от земної: поверхности. Принцип действия радиовысотомера заключается в следующем. Передатчик радиовысотомера, установленный на само­лете, излучает через передающую антенну электромагнитные коле­бания. Эти колебания, распространяясь в пространстве, достигают земной поверхности, отражаются от нее и частично возвращаются к приемной антенне радиовысотомера, установленной на самолет::.

Для преодоления расстояния от самолета к земле и обратно по­надобится время

где Н — высота полета (расстояние от антенн до земли);

с — скорость распространения радиоволн (3-108 м/сек).

Строго говоря, путь радиоволн несколько больше, чем 2Я, по­скольку в полете самолет перемещается относительно земли. Одна­ко, учитывая, что скорость распространения радиоволн значитель­но превышает скорость самолета, путь радиоволн полагают не за­висящим от скорости полета.

В таком случае для определения высоты полета достаточно измерить время между моментом посылки сигнала к земной по­верхности и моментом приема отраженного сигнала. Это может быть достигнуто различными способами [1]. В радиовысотомерах малых высот, применяемых для целей автоматизации посадки са­молетов, измерение времени осуществляется так.

Излучаемые через передающую антенну сигналы представляют собой высокочастотные колебания, периодически модулированные по частоте с помощью специального модулятора (рис. 2.23). Закон частотной модуляции может быть любой периодической функцией времени: синусоидальной, треугольной, пилообразной (рис. 2.24) и т. п.

Частота излучаемого сигнала плавно изменяется в диапазоне

/о ± Л/о,

где f0 — среднее значение несущей частоты;

Л/о — девиация частоты (2Д/0— полоса качания частоты).

За время тн частота излучаемого передатчиком сигнала изме­няется на величину Д/=4Д/0Ямтя = — А.

с

Следовательно, в пределах полупериода модуляции изменение частоты А/ прямо пропорционально времени тн (или высоте по лета Я).

Для измерения величины Д/ к приемнику непосредственно от передатчика подводятся высокочастотные колебания. Этот сигнал принято называть прямым, в отличие от сигнала, возвращаю­щегося от земли и называемого отраженным.

Рис. 2.23. Блок-схема радиовысотомера

 

Антенны радиовысотомера располагают на самолете таким об — азом, чтобы исключить возможность попадания излучаемых сиг­ало® с передающей антенны непосредственно на приемную. Это ^достигается соответствующим размещением антенн. Например, их "Останавливают так, чтобы оси располагались на одной линии: При "‘•втом антенны радиовысотомера должны быть размещены на опре­деленном расстоянии друг от друга и на определенном расстоянии $§f поверхности земли (когда самолет находится в стояночном по­ложении). Последнее требование вытекает из необходимости ис — :"%Лк>чить явление переотражения излученного передатчиком сигнала ’При полете на малых высотах. Таким образом, на балансный де­тектор (см. рис. 2.23) одновременно поступают два сигнала: прямой и отраженный foTp., Здесь происходит сложение обоих сигналов, % результате чего на выходе балансного детектора выделяются низ-

кочастотные биения — колебания разностной частоты: F6 = д / =/пр — /отр — Рис. 2.24 иллюстрирует сложение прямого и отражен­ного сигналов. За исключением небольших промежутков времени на участках а, б, в и т. д.. частота биений AFб постоянна и пропор­циональна т н.

Низкочастотные биения усиливаются в УНЧ, а затем передаются в ограничитель, где они преобразуются в импульсы строго опре­деленной (независимо от высоты полета) амплитуды. Частота сле­дования импульсов определяется частотой биений, а значит, высо­той полета. С выхода ограничителя импульсы подаются на счет­чик, выходное постоянное напряжение которого пропорционально частоте следования импульсов. Далее это напряжение поступает в усилитель постоянного тока, нагрузкой которого является стрелоч­ный указатель высоты.

С этого же усилителя снимаются сигналы на другие потребите­ли информации о высоте полета.

Кратко остановимся на некоторых вопросах точности измерения высоты: Число импульсов, поступающих на счетчик в течение од­ного периода модуляции, является функцией высоты полета. При этом плавному изменению высоты соответствует дискретное изме­нение числа импульсов, появляющихся за один период модуляции. Если за один период модуляции число импульсов изменяется на единицу, то это означает, что частота следования импульсов изме­нилась на FM (поскольку за одну секунду проходит Рш периодов модуляции). Иначе говоря, при плавном изменении высоты часто­та следования импульсов меняется ступенями через FM. Вследствие этого радиовысотомер дает дискретные показания через интервалы АН, соответствующие изменению на единицу числа импульсов в одном периоде модуляции. Следовательно, самолет может изме­нить высоту в пределах ±АН, а показания высотомера останутся неизменными.

Погрешность измерения высоты вследствие дискретности отсче­та определяется следующей зависимостью: ДН — —.

8 і Jo

Эта погрешность уменьшается с увеличением девиации частоты Д/0. У наиболее распространенных в настоящее время радиовысо­томеров типа РВ-2, РВ-УМ девиация частоты AfQ=20 Мгц. Нетруд­но подсчитать, что в таком случае интервал дискретности отсчета составляет ~1,87 м. Разумеется, такие высотомеры не могут быть использованы для автоматизации приземления самолета.

Повышение точности измерения высоты достигается за счет уве­личения полосы качания частоты. Радиовысотомеры, используемые в системах автоматической посадки, работают в диапазоне частот 4200—4400 Мгц, т. е. имеют А/о=!100 Мгц. Кроме того, для повыше­ния точности измерения высоты прибегают и к таким мерам, как использование двойной частотной модуляции, введение фазовраща­телей и др. (1]. Благодаря этому современные радиовысотомеры
іеют точность порядка ±0,25 м при изменении высот от 0 до 10 м 2,5—3% (среднее квадратическое отклонение) для высот бо — !р*ее 10 м.

Ж:. Выходной ток радиовысотомера, поступающий к потребителям, ^фопорционален высоте полета. Это позволяет рассматривать ра — ‘^дйовысотомер как простое усилительное звено с коэффициентом усиления kp. Вместе с тем необходимо учитывать, что выходной ‘^сигнал в определенной степени засорен помехами. Однако в ос — ^цЦОВНОМ флуктуация выходного сигнала является результатом не — $§фовности рельефа пролетаемой местности.

Указатель высоты обычно выполняют на базе следящей систе — Ц$|Ы. Шкала указателя, как правило, неравномерная, чаще всего — .’^логарифмическая. Это позволяет более точно отсчитывать малые “’^высоты.

В радиовысотомерах предусматривается выдача сигнала о де­лении некоторой заданной высоты, к примеру, высоты принятия пения. Для задания нужного значения высоты служит опециаль — ій задатчик.

Формирование траекторий выравнивания по сигналам радиовы — Отомера в системах автоматического приземления будет подробно посмотрено в гл. 3.

В системах автоматического захода на посадку по II категории системах автоматического приземления информация о высоте #сто используется для коррекции передаточных чисел в вьгчисли — іях систем траєкторного управления, а в некоторых случаях — і системах контроля.

Редуктор

на ограничение заданного крена В доковой канал вычислителя

В продольный канал вычислителя

2.25. Схема устройства, изменяющего передаточные числа и ограничения за­данного крена

Рис. 2.26. Графики изменения
коэффициентов усиления сиг-
налов КРП, ГРП и ограниче-
ния заданного крена

В качестве примера на рис. 2.25 показана схема устройства, примененного в системе автоматической посадки фирмы Бендикс для самолетов Боинг, которое по сигналам радиовысотомера ме­няет передаточные числа в продольном и боковом каналах вычис­лителей и величину ограничения заданного крена (рис. 2.26).

Сигнал, пропорциональный высоте, поступает на усилитель, на выходе которого установлен ограничитель с несимметричной харак­теристикой. К ограничителю подключен электродвигатель, который через редуктор перемещает щетки трех потенциометров. Один из них служит для выдачи сигналов жесткой обратной связи на усили­тель и сигнала в систему ограничения заданного крена у3. Два дру­гих используются для изменения коэффициентов усиления (аттен — нюации) сигналов КРП, ГРП (&крп и кгрп ) в функции истинной высоты полета.

Генератор, связанный с электродвигателем, выдает сигналы ско­ростной обратной связи.

Когда самолет, снижаясь по глиссаде, пролетает над ровной поверхностью, сигнал на выходе радиовысотомера меняется во времени (и в функции — расстояния до порога ВПП) по линейному закону. Так же меняются и сигналы, снимаемые с потенциометров. Иначе обстоит дело, когда рельеф пролетаемой местности сильно меняется. Для уменьшения влияния неровностей рельефа на кор­ректируемые параметры служит нелинейный ограничитель. При

Рис. 2.27. К влиянию неровностей рельефа на передаточные числа: 1 передаточное число при плоском рельефе; 2 — передаточное число при пересеченном рельефе; 3 — рельеф

 

^уменьшении сигнала на выходе радиовысотомера следящая систе­мна поворачивает щетки с большой скоростью. При увеличении сиг­нала скорость отработки этого сигнала следящей системы умень­шается. Поэтому кратковременное увеличение сигнала высоты вызывает более медленное по сравнению с кратковременным умень­шением этого сигнала изменение параметров системы (рис. 2.27). Как показал опыт полетов, благодаря этим мерам влияние изме­нения рельефа местности на качество заходов на посадку практи­чески незначительно.

ГЛАВА 3