第3章经典无线电导航系统(1-3)教材课件.ppt

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1、航空航天无线电导航航空航天无线电导航刘磊刘磊刘磊刘磊电子科技大学电子科技大学航空航天学院航空航天学院1n3.1 无线电罗盘无线电罗盘(ADF)n3.2 甚高频全向信标系统（甚高频全向信标系统（VOR）n3.3 无线电高度表 n3.4 测距器测距器(DME)n3.5 塔康系统（塔康系统（TACAN）n3.6 多普勒导航系统多普勒导航系统(Doppler)n3.7 罗兰-C系统 第三章 经典无线电导航系统23.1 无线电罗盘(ADF)n概述n组成及功能n基本工作原理n系统误差分析及改进措施33.1.1 概述n无线电罗盘（radio compass）是一种最小值测量来波向的振幅式测角无线电导航设备，

2、又称无线电自动侧向仪（automatic direction finding），配套地面设备是无方向信标（Non-direction beacon）。n系统的工作频率在100khz1800khz范围内，属中、长波波段，因此主要依靠地波或直达波传播。n地波的传播距离可以达到几百公里，但受到天波的污染，特别在夜间，只有当飞机离地面导航台站较近时，方位读数才比较可靠，系统精度为2度左右。4n早在1912年，人们就开始研制世界上第一个无线电导航系统n无线电信标台一般安装在机场附近，使飞机能够沿精确的航线向信标台飞行，然后执行向跑道的非精密进场。n在第一次世界大战期间，开始使用该系统引导船只的出航与归航

3、，后来很快发展到航空导航。n无线电罗盘有半自动和全自动之分，采用前者测向时，必须人工旋转环状天线或搜索线，采用后者时，无论是测向还是归航，都完全有罗盘本身自动完成。5n全自动无线电罗盘也称为自动定向机，它的发展大致又可分为三个阶段：n （1）20世纪四五十年代采用电子管电路，对地面无线电台频率采用机械软轴进行调谐，定向天线为单个的旋转式环形天线，其典型设备为R5/ARN7和APK5型定向机；n （2）20世纪六七十年代采用晶体管电路，频率选择采用粗、细同步器调谐，有些设备使用晶体频率网采用“五中取二”方法调谐，定向天线采用两个正交的旋转式或固定式环形天线，如APK11，WL76A型定向机等6n

4、（3）到20世纪80年代左右n采用集成电路或大规模集成电路，并使用频率合成器、二十进制编码数字选频及微处理器n天线系统有了较大的改进，如在APK15M，DF206型等自动定向机的天线系统中采用旋转测角器来代替环形天线的旋转，而最新式的700型自动定向机则采用组合式环形垂直天线，从而在天线系统中取消了任何机械传动部件。7n无线电罗盘指示的角度是以载体纵轴为基准顺时针转向飞机到导航台连线的夹角。因此，若要得到飞机相对于导航台的方位，必须知道飞机的航向，所以需要与磁罗盘或其他航向测量设备相结合。n飞机上通常把磁罗盘和自动测向仪的指示部分结合在一起，构成无线电磁指示器（RMI,Radio Magnet

5、ic Indicator）。如下图所示，虚指示线给出了飞机的航向，而实箭头指示了飞机相对于导航台的方位：893.1.2系统功能及组成n无线电罗盘是利用无线电技术进行导航测向的设备，属于M型最小值法测向系统。n利用无线电罗盘和地面导航台组成的导航系统，可以引导飞机飞向导航台或飞离导航台，以及提供某些导航计算所需要的参数。10n规定航线：能够连续自动地对准地面导航台，提供飞行航线相对于地面导航台的相对方位角，使飞机沿给定的航线飞行；n定位：能依次测出两个以上地面导航台的航向角(即飞机纵轴与电台和飞机联机之间的夹角)，利用所得到的直线位置线交点，可以实现对飞机的定位；n压点飞行控制：判断飞机飞越导航

6、台的时间；n着陆引导：配合仪表着陆系统引导飞机着陆。n识别通信和监听：接收导航台站发出的音频识别信号及其它信息，接收机输出的音频信号通过音频选择系统供飞行员监听。n遇险救助：可接收民用广播电台的信号，并可用于定向；还可收听500千赫的遇险信号，并确定遇险方位。无线电罗盘主要有六种功能：11n整个系统包括地面设备（无方向信标）和机载设备（无线电罗盘）。n机载设备通常由以下几部分组成：n天线：包括垂直天线、环状天线及测角器。n接收机：一般多为超外差式，用来将高频信号处理成低频信号。n控制台：用来控制各种工作状态的转换、频率选择和远、近台的转换等，并可进行调谐。n指示器：通过同步电机与测角器相连，用

7、指针的偏转来表示所测角度的数值系统组成12基本技术指标n有效作用距离 250350km n工作频率范围 1001799.3kHz，共分四个波段 n 100199.5 kHz n 200399.5 kHz n 400899.5 kHz n 9001799.5 kHz 13500系列无线电罗盘性能指标n频率选择：工作频率范围为1901750kHz；频率间隔为0.5 kHz；频率转换时间小于4s，BCD码选频。n定向准确性：场强为50100000uv/m，定向准确性为2o，场强小于25uv/m时，定向准确性不超过3o。n定向摆动：小于1on灵敏度：场强为35uv/m，1000Hz，调幅度为3。天线有

8、效高度天线输入电容量的平方根为1，信噪比为6dB。143.1.3 基本工作原理151、方向性图的转动n无线电罗盘在测向过程中，需要随时转动环状天线的8字形方向性图，使其最小值(零值点)对准被测的地面导航台。n为使方向性图能够旋转，一种方法是用电机直接拖动环状天线转动，另一种方法是天线固定不动，通过测角器实现方向性图转动。n前者已少用，目前多采用后者，现将其原理加以介绍。16n将两个环状天线垂直安放，并固定不动，两个天线的线圈分别接到测角器的两个固定线圈(称为场线圈)上，如图所示。17n测角器中形成一个合成磁场,测角器的活动线圈(亦称搜索线圈)，在合成磁场作用下所产生的感应电势为：n搜索线圈通过

9、同步发送器与指示器相连，转动搜索线圈使其平面与合成磁场平行，感应电势消失，相当于8字形方向性图的零值点对准了地面导航台，此时指示器指针所示的角度即搜索线圈转过的角度就是所测之导航台航向。n搜索线圈的转动代替了环状天线的转动，达到了方向性图旋转的目的。182、90度移相193、平衡调制与迭加n环状天线信号移相90后，经放大与倒相加给平衡调制器两个幅度相等而相位相反的信号。n平衡调制器，在135HZ低频信号控制下工作，得到两个旁频（边频）信号。n旁频信号在迭加电路中与垂直天线接收来的载频信号进行迭加。20n调幅波的调制度m决定于环状天线信号与垂直天线信号之幅度比。接收机将此调幅信号经混频，中放和检

10、波处理成低频信号，一路送至耳机进行人工定向；n另一路经135Hz选频电路将135Hz信号从检波后的低频信号中分离出来，作为误差信号加到伺服电机的控制线圈中去，同时在伺服电机的激磁线圈中，还有从135Hz振荡器直接加来的135Hz基准信号，在它们的共同作用下伺服电机转动测角器搜索线圈。n当测角器搜索线圈转动到环状天线信号为零时就停止转动，指示器指针就指示出导航台的航向角，此时罗盘中只有垂直天线的信号。214、伺服电机的转动n加到伺服电机控制线圈中的135Hz信号，是一个可变相位信号。它的起始相位决定于地面导航台处在8字形方向性图最小值的哪一边(左边还是右边)。n加到伺服电机激磁线圈中的135Hz

11、信号，却是一个相位固定的基准信号。n当导航台在飞机右侧时，可变相位信号的起始相位为正，超前于固定相位信号90，使伺服电机带动测角器搜索线圈向右(顺时针)转动；n当导航台在飞机左侧时，可变相位信号之起始相位为负，滞后于固定相位信号90，使伺服电机向左(逆时针)转动。22235、双值性的消除n八字形方向性图具有两个零值点，相差180度。如果两个零值点都是稳定的，则会影响到测向的准确性。采取措施使一个零值点稳定，另一个零值点不稳定。并将稳定的零值点做上标记，以供用户辨认。n稳定零值点对准导航台时，如果在外界干扰影响下发生偏离，则测角器搜索线圈将会产生误差信号控制伺服电机转回到原来的稳定零值点位置；n

12、假若非稳定零值点对准了导航台，在干扰作用下只要一旦产生摆动，便会离它而去，转向稳定零值点，不会再回到非稳定点，这样就保证了单值定向。24四、系统误差分析及改进n无线电罗盘是依赖于地面导航台发射的无线电波进行定向的n无线电波在传播过程中，会受到飞机金属机身的影响，也会受到电离层、大气条件（如温度、湿度）、大地表面的性质、地理环境以及人为干扰等因素的影响，使定向产生误差。n误差大致可以分为环形天线附近金属导体的干扰误差、电波传播误差和设备误差。25（1 1）象限误差）象限误差n也叫罗差，主要是环形天线附近金属导体的干扰误差。n当地面电台辐射的无线电波到达飞机机身等金属物体上时，将在金属物体上产生交

13、变的感应电流，该电流又在机身等金属物体周围产生辐射电波，这种现象称为两次辐射。n两次辐射电波与原电波叠加后，合成电波作用到环形天线的方向与原电波传播方向相差一个角度，从而改变了定向方向，造成了定向误差，该角度称为象限误差或罗差。26基本措施n采用象限误差修正器来修正象限误差，现代飞机通常使用的是电感式罗差补偿器。n电感式罗差补偿器是一个平衡电感衰减器，它用于正交固定环形天线式自动定向机，接在环形天线与接收机之间，将正交固定式环形天线的横向线圈或纵向线圈的信号按修正度数要求给以相应的衰减，从而得到适当的罗差补偿。n目前新式的无线电罗盘ADF700中，并不用专门的象限误差修正器，而是在接收机尾部中

14、间插头上的5个插钉由跨接线按不同的连接组合来修正象限误差。27极化误差极化误差n无线电罗盘工作在中波波段，电离层对电波的吸收白天比夜间强，因此白天接收机只能收到地波信号。n而在夜晚，电波受电离层的损耗比白天小，由电离层反射的天波分量加强，所以无线电罗盘可能同时接收到地波与天波信号，这会形成电波衰落。n另一方面，由于反射的天波将使垂直极化波变为椭圆极化波，在环形天线的水平部分产生感应电势，不仅会使接收信号减弱，同时使环形天线的最小接收方向模糊不清，而造成定向误差，即极化误差。n减小极化误差的根本措施根本措施就是避免接收天波信号，并在测定方位时注意读取方位角的平均值。283.2 甚高频全向信标系统

15、甚高频全向信标系统VORn概述概述n功能及组成功能及组成n工作原理工作原理293.2.1 概述概述n甚甚 高高 频频 全全 向向 信信 标标 系系 统统 VORVOR（VHF VHF Omni Omni directional directional RangeRange）是是一一种种相相位位式式近近程程测测角角导航系统。导航系统。n通通过过接接收收地地面面VORVOR导导航航台台的的信信号号，可可以以直直接接确确定定以以导导航航台台所所在在位位置置北北向向为为基基准准(也也可可以以航航道道方向）的方向）的飞机方位飞机方位。n伏伏尔尔系系统统于于第第二二次次世世界界大大战战后后期期在在美美国国

16、首首先先开开发发应应用用，19461946年年成成为为美美国国标标准准的的航航空空导导航航系系统统，19491949年年被被国国际际民民航航组组织织采采纳纳为为国国际际标标准准导导航航系系统统。伏伏尔尔系系统统通通常常与与测测距距器器配配合合使使用用，不不仅仅用用于于航航路路导导航航，而而且且可可以以用用于于飞飞机机进场进场的引导设备。的引导设备。30发展历程1.1936年由德国SEL公司研制成功；2.1947年国际民航组织将其定为标准近程导航设备；3.1952年英国马尼克公司开始生产；4.1958年美国开始使用；5.1965年DVOR出现，并得到迅速发展；31我国VOR发展n民航1964年首

17、次由法国THOMSON公司引进4套l615/2型电子管式的甚高频全向信标，分别安装在大王庄、无锡、昆明和英德等地（现已淘汰）；n1973年从法国THOMON公司引进10套TAH510型全晶体管化CVOR；n1987年引进13套英国RACAL公司的MKI型全固态DVOR；n1988年从法国THOMSON公司引进12套512D型全固态DVOR；n1993年至今又引进了澳大利亚AWA公司的VRB5lD型DVOR一百多套32n1、ADF采用地面无方向性天线发射，机上采用方向性天线接收的方法测角；VOR地面导航台站用方向性天线发射，机上采用无方向性天线接收的方法测角。n2、VOR可以直接提供飞机的方位角

18、（相对于地面导航台站）而无需航向标准，精度高于ADF。n普通伏尔（CVOR）的测量精度一般在土2土4范围内，而多普勒伏尔（DVOR）由于减小了场地误差影响，测量精度比CVOR有很大提高（约1度）。与ADF相比，具有如下特点：33n3、工作频率高（108118M)，受静电干扰小，指示较稳定。但作用距离受视线距离的影响，与飞行高度有关。n4、地面导航台站的场地要求较高，如果地形起伏较大或有大型建筑物位于附近，则由于反射波的干涉，将引起较大的方位误差。34VOR相关角度nVOR方位角（电台磁方位）n以飞机为基准来观察VOR台在地理上的方位n飞机磁方位 n以VOR台为基准来观察飞机相对VOR台的磁方位

19、 n磁航向n磁航向是指飞机所在位置的磁北方向和飞机纵轴方向(机头方向)之间顺时针方向测量的夹角。n相对方位角n飞机纵轴方向和飞机到VOR台连线之间顺时针方向测量的夹角，叫相对方位角，或称电台航向 3536nVOR可以用来进行定位，主要有两种方法：n一种为测角定位（定位），即测出飞机到两个已知位置VOR台的方位角，得到两条径向的位置线，由其交点来确定飞机的地理位置；n另外一种为测角测距定位（定位），或称极坐标定位，即与时间测距系统DME相结合，通过测量飞机方位角和到VORDME台的距离进行定位。37VOR定位38n在一条“空中航路”上，根据航路的长短、规定的航路宽度和伏尔系统的精度，可以设置多个

20、VOR台。n每个VOR台可辐射无限多的方位线或称径向线作为预选航道，飞机沿着预选航道可以飞向或飞离VOR台，并通过航道偏离指示器指出飞机偏离航道的方向（左或右）和角度（偏航角偏航角），为飞机提供方位信息，实现飞机的归航与出航。n航路上的VOR台还可作为航路检查点，实行交通管制服务。另外，VOR台与仪表着陆系统ILS配合，可作为飞机进近和着陆的引导设备。航道导引和检查39航路导引403.2.2 系统功能与组成 n伏尔系统的工作频率范围为：108MHZ118MHZ，根据用途的不同可以分为航路伏尔和终端伏尔。n1、用于航路导航的VOR（简称CVOR，Conventional VOR）n台址通常选在附

21、近区域无障碍物的地点，如山的顶部等，以尽量减小因地形效应引起的台址误差和多路径干扰。n此时采用北向方位，使用频率范围为112MHz117.95MHZ,每隔50kHz为一个频点，共有120个频点，发射功率100200W。n作用距离受视距限制，在1200m高空，典型作用距离可达200海里。41n2、用于进近着陆的VOR（终端Terminial VOR，简称TVOR）n安装在机场跑道后方，采用跑道延长线作为方位基准。n使用频率为108MHz111.95MHz，亦每隔50kHz一个频点，共有80个频点,发射功率约50W。其中小数点后第一位为偶数的频点为TVOR使用，其他40个频点由仪表着陆系统的航向台

22、(IIS LOC localizer)使用。nTVOR台通常和DME或ILS的航向信标（LOC）设备装在一起，或组成极坐标定位系统，或利用和跑道中心延长线一致的TVOR台方位线，代替LOC对飞机进行着陆引导。n作用距离一般在25海里以内。42n在飞机上，VOR的接收指示设备与LOC一般是部分共用的，如使用同一套的天线、控制盒、指示器、接收机的高频和中频部分等。这样，在航路上可用于VOR导航，在进近着陆时可用于航向信标指示。因此，VOR和LOC工作在同一甚高频频段的不同频率上。nVOR系统的有效作用距离范围由接收机灵敏度、地面台的发射功率、飞机飞行高度以及VOR台周围的地形地物等因素决定，其中主

23、要还是受视距传播的影响，而视距主要受地球曲率的限制。431、地面导航台n地面导航台是系统确定方位的基础，它具有两套独立的发射天线n一套是无方向垂直天线，提供基准信号；n另一套是方向性天线，提供随方位可变相位信号。n地面系统的方框图如下图所示：4445机载设备n1、天线nVOR天线与仪表着陆系统（ILS）的航向信标（LOC）设备的天线一般是共用n安装在飞机垂直安定面上或机身上部，避免机身对电波的阻挡，以提高接收信号的稳定性。n2、甚高频导航控制盒n控制盒一般是VOR、ILS、DME共用n主要功能有：甚高频通讯、频率选择和显示、用试验按钮检查相应设备的工作性能、音量控制等。46n3、VOR甚高频接

24、收机n提供如下信号给指示器等设备输出：话音和台识别信号、方位信号、航道偏离信号、向背台信号、旗警告信号等。n4、指示器n常用的指示器有无线电磁指示器（RMI）和水平位置指示器（HIS Horizontal Situation Indicator，或航道偏离指示器），前者可直接读出飞机方位，后者可读出飞机与预选航道之间的偏离情况。如下图所示：47483.2.3 系统工作原理 n在实际工作中，VOR是通过接收设备测量比较地面发射台的两个30Hz的低频信号的相位来测定飞机方位的。n运载体的方位决定于基准信号和可变信号之间的相位差。这两个信号分别称为基准相位信号和随方位可变相位信号。n基准相位信号与可

25、变相位在磁北方位上是同相的，在其他方向是不同的49505152一、基准信号的产生一、基准信号的产生n基准相位信号由VOR地面台的全向天线发射，形成全向水平极化辐射场。n该信号先用30Hz对副载波9960Hz调频，后调幅到载频(108118MHz)上。53二、可变相位信号的产生二、可变相位信号的产生n可变相位信号是采用两个环形天线（实际中采用分集天线）来产生。n用30Hz的低频信号直接对载频调幅，然后由方向性天线发射，其中两个环形天线的放置方向互相垂直。信号在空间任意一点的合场强为：5455nVOR系统总的合成场56接收机语音滤波器10KHz滤波器30Hz滤波器限幅器频率检波移相器低频放大相位检

26、波器指示器VOR接收机n机载全向天线负责接收信号，经高频放大、变频和中放后，从检波器输出端加到三个不同的通道，即方位通道、基准通道和语音通道。573.2.4 多普勒伏尔（多普勒伏尔（DVOR）n上面我们主要介绍的是旋转发射天线方向性图的VOR的工作原理。下面，我们来介绍一下旋转无方向性发射天线的相位测向方法，即多普勒伏尔。n由于旋转天线的多普勒效应，天线辐射（或接收）的信号频率将被天线的转速所调制，相当于对信号进行了频率调制，这种调制使信号的相位发生相应变化，产生包络线相位与方位有一定关系的调相辐射场，从中可以确定运载体的方位，因而称为多普勒伏尔。581.1964年我国民航首次由法国引进四套设

27、备；2.1987年我国从英国引进13套DVOR 设备；3.1988年我国又从法国引进12套DVOR设备；4.1993年至今又从澳大利亚引进了100多套DVOR设备。59 在O点设置一等幅发射机，同时将高频信号馈送到在水平面内沿半径为R的圆周运动的无方向性天线A。6061n通常，为了叙述的方便，可以先不考虑径向速度的影响，则接收点B的接收频率便是随天线旋转角频率按正弦规律变化的。n这是由于天线的旋转使频率发生了变化即进行了频率调制，产生了多普勒效应的结果。n频偏的最大值决定于载频频率和发射天线的线速度。n接收到的调相信号的包线相位与观测点方位之间存在单值关系。62n当接收到DVOR信标台的信号，

28、并测量出包络线的相位，就可直接确定运载体相对于信标台的方位n相位与方位的关系是连续的，可在任意方向上进行导航定位，因此是一种全向的无线电相位测向系统。n测量包线的相位，必须有一个标准相位用来比较。基准电压相位应该与天线旋转相位协调一致。n为了进行相位的比较，必须使基准信号的频率或者与旋转天线角频率相同或者是其有理数倍。63n1、因此为了能较方便的分出包线，希望最大频偏要大一些。在波长选定的情况下，如果采用机械旋转的方式，要增大切向速度，最好增大半径，而不是旋转角速度，因为旋转天线所需要的机械力与旋转半径的一次方成正比，而与旋转角速度的平方成正比。n2、在天线较大的情况下，直接旋转天线是比较困难

29、的，通常的做法是将许多天线按照一定的半径排列成一个天线阵，对天线阵中的每个辐射单元采用轮流馈电的方法，达到模拟天线转动的目的。这种方法亦可在较小的旋转半径的条件下得到较高的最大频偏。n3、应当注意到载体沿径向运动的速度将使频率偏移比较固定的一个数值（速度不可能发生突变），因此载体的径向速度将不影响信号的包线相位。64n多普勒伏尔的实际天线系统由中央无方向性天线，和以它为中心在一定半径的圆周上均匀排列的4850个边带天线组成，天线安装在一个大的金属反射网上面。n中央天线由带有30Hz基准信号和1020Hz识别信号调幅的载频f的连续波信号馈电；n圆阵中的天线由将载频f再偏移9960Hz的连续波（边

30、带）信号馈电，产生与方位有关的双边带信号，在9960Hz分载频上经调频后由边天线辐射，上边带信号频率为+9960Hz，下边带信号为9960Hz。边带信号以30Hz的转速环绕中央天线连续旋转。6566n在DVOR中，载频用30Hz的信号调幅后由中央无方向性天线辐射，作为系统的基准信号；与方位有关的30Hz可变方位信号由圆周上的边带阵天线辐射，该边带信号相对载频偏离9960Hz。nDVOR的调制方式与CVOR相反，其信号调幅和调频的作用与CVOR相互颠倒，为使标准VOR接收设备能与DVOR兼容工作，应使在某方位上的载体收到的可变相位信号超前于基准信号，因此需要使DVOR天线波束转动的方向与CVOR

31、的相反。67n为满足480Hz的调制频偏，圆天线阵的直径取为13.4m，且以30转秒的转速转动，将产生1262m秒的圆周速度，即产生了VOR所要求的480Hz的频率偏移。n采用大天线阵的另一个好处是，由于宽孔径天线具有削弱场地误差如多路径效应的能力，并且DVOR中采用了双边带发射，进一步减小了场地误差影响，其测量精度比CVOR大为提高，可以达到在任何径向（方位）上的误差不超过1的精度。68VRB-51D 多普勒甚高频全向信标69CVOR （1）30HZ可变相位信号的相位始终落后于30HZ基准相位信号，落后的角度即为磁北方位角；（2）可变相位信号采用调幅方式辐射。DVOR （1）30HZ可变相位

32、信号的相位始终超前于30HZ基准相位信号，超前的角度即为磁北方位角；（2）可变相位信号部分采用调频方式辐射，抗干扰能力强，信号较稳定；（3）边带信号是由圆周上相差180度的不同位置上的上下边带天线分别辐射不同频率的信号（9960HZ）和（9960HZ），因此，可以减小周围场地对信号的影响，提高测量精度。703.3 无线电高度表 n概述n工作原理n误差分析71飞行飞行“高度高度”的定义的定义飞机飞行的高度是指飞机在空中的位置和所选定的基准面之间的高度差值，由于所造的基准不同，因而也有不同的高度定义n相对高度相对高度n绝对高度绝对高度n真实高度真实高度 n标准气压高度标准气压高度72n相对高度n指

33、飞机对某一指定的场面，如机场（如即将要降落的目的地机场）地面之间的高度。n高度表的气压刻度以机场为基准时，称为场面气压高度，在起飞和降落时驾驶员必须知道这一高度。n真实高度真实高度n指飞机和它正下方地面的垂直距离，无线电高度表所测量的高度73n绝对高度：n是飞机到海平面之间的高度，也称为海平面气压高度。n标准气压高度：n是指飞机到标准气压平面之间的高度。标准气压面是人为设定的，在这个平面上大气压力为760毫米汞柱高，温度为15（288K）。n由于这个高度不随温度和湿度的影响而变化，它和真实的海平面高度是不完全一致的，因而标准气压高度和绝对高度不同。n国际民航组织规定当飞机进入航线后，一律使用标

34、准气压高度 74高度表n所谓无线电高度表，即测量飞机距地面的垂直距离，也就是飞机所飞的高度。n高度表是飞机的基本仪表之一，主要有无线高度表和气压式高度表。n气压式高度表的传感媒质是机上大气的静态压力，利用飞机上大气的静态气压与本地海平面或机场水准面的静态气压之差来给出高度。n因此气压式高度表所测的高度，是相对于海平面或机场水准面的高度，也可以理解为地理高度。75n无线电高度表的信号在42004400MHz上，载频必须要进行调制，通常采用频率调制(低高度表)和脉冲调制(高高度表)两种。n当飞机靠近地面，譬如在600m以下低空飞行，特别是进场着陆时，无线电高度表是十分重要的，尤其是频率调制的低高度

35、表。n飞机利用高高度表在高空飞行，在进场着陆时要用低高度调频高度表。其原因是脉冲调制的高度表，其最小可测高度由脉冲宽度所确定。n例如在50ns脉冲宽度的情况下，最小可测高度不可能小于7.5m；而用频率调制的低高度表，其最小测量高度可达到0.5m。76n雷达高度表发展很快，其基本功能不仅提供相对于飞机正下方的离地高度，也可提供爬升或下降的垂直速率以及可选择的低高度告警。n60年代初期生产的高度表重量在6.8kg以上，脉冲峰值功率为100W。n1996年，雷达高度表的重量一般为1.84.5kg，高度精度为0.46m，发射功率为5W(峰值脉冲)。777879n高度表性能特点因用途不同而各有所异。n高

36、性能和低高度飞行的军用飞机和巡航导弹系统要求在保持高度的隐蔽性和抗干扰性的同时进行精确的高度跟踪。n高度标定雷达一般是低高度高度表，专门用于在特定高度上提供标定信号，从而启动某一自动操作，如引信触发或打开登月系统上的降落伞。为民航服务的雷达高度同时要支持自动着陆、拉平和接地计算等功能。80n为导航目的而作地形比较的高度表必须在高高度上形成极小的地面照射范围，以提供需要高度分辨率。n在雷达测高领域，将毫米波、窄波束、前视、受控天线传感器与向下定位的宽波束高度表天线相结合，将使雷达高度表具有测定飞机前方高度的“前视”能力813.3.2 调频高度表工作原理 n1、基本物理过程及关系式 82n合成信号

37、的包络和相位均受到反射信号相位的影响，即隐含有高度的信息。n从合成信号中获取高度信息的最简便法就是把合成信号送到接收机的幅度检波器，利用其非线性转换检测出相应的包络波形，从而得到高度信息。n下面，我们重点分析一下合成信号的包络。方便起见，包络表达式改写为：83n通常反射信号的强度远远小于发射信号的强度，即：V1mV2m84n应当再次强调，Vm是合成信号的包络，类似于调幅信号的振幅。将合成信号V送入接收机中的差拍检波器，并设检波系数为1，则在检波器的输出端可以获得信号：85n由上式可以看出，检波后信号的相位信息中包含了高度信息，似乎直接从其中得到高度比较方便。n在实际应用中，由于没有基准相位进行

38、比对，很难提取高度信息。n从频率中提取高度信息，并以脉冲计数的方式来得到高度的方法比较合适。n下面我们来介绍这一方法的具体内容。86n首先，如果不从相位上来提取高度信息，而是从频率上，则该信号的初相所携带的信息被剔除。n在高度一定的情况下，初相将不影响信号的起伏变化，此时的起伏完全是由变化的相位项引起的，如下图所示：878889n由图中可以看到信号相位起伏的大小取决于高度所影响的可变项n在一个调制周期内，相位起伏越大，则检波器输出端信号的变化越快，即过零点越多n每一个过零点我们都可以通过脉冲整形或限幅的方法得到标准脉冲，从而用于计数。9091n量化误差同时也对应最小可测高度。n减小量化误差的途

39、径：n1、保持最大相对频偏不变的情况下，尽量的减小发射波波长，即增大发射频率；n2、尽可能加大最大频率频移，即增加调频深度。92n 为了得到最大可测高度，我们重新考察可变相位项 n 上面的近似是在小量的情况下成立的，如果高度很高，那么这个假设将不再成立。当高度增加到某一数值时，=0，此时合成信号的相位将不再变化，高度的测量将变为零，此时的高度称之为最大测量高度Hmax。93n*n 此处给出的最大可测高度为理论值，考虑到实际中实现的困难和非线性误差的影响，最大可测高度一般取（0.050.1）Hmax。943、改进途径n简单调频式无线电高度表在特征频率测距(测高)原理方面有其突出的代表性，但由于其

40、测量方法引入的阶梯误差，很难降低到令人满意的程度，故限制了它的应用范围。n为了降低阶梯误差，提出了不少改进措施，从而形成了各种型式的调频式无线电高度表，如：n具有旋转移相器的调频式无线电高度表，n双调频式无线电高度表，n调频深度渐增式无线电高度表等等。95n这些方案虽各有特点，但存在明显的共同点:n1、皆是从差频中提取高度信息；n2、皆是以增大相对频偏作为降低阶梯误差的主要手段；96n虽然都在不同程度上降低了阶梯误差，提高了高度表的精度n但由于它是以fb作为因变量的，即当高度变化时，fb也随之相应的变化n当高度由Hmin变化到Hmax时，fb的变化将高到几万或几十万倍n接收通道必须有足够的带宽容许fbmin-fbmax及其附近频谱成份通过n即接收系统必须是宽频带的，这将给大高度时微弱信号的检测，带来很大的困难n加之为了增大相对频率偏移而不得不采用多次混频措施，不仅使设备复杂化，也引入了大量的组合频率干扰。97n可以考虑，把H变化引起fb的变化，转嫁到其他参量变化上去。n例如当H变化时，保持fb近似不变，而使T或最大频偏作相应的变化。n这样高度信息便可由T的变化或最大频偏变化中提取，即跟踪式调频高度表98