ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫЙ ВЫСОТОМЕР Российский патент 1999 года по МПК G01S13/34 

Изобретение относится к области радиолокации.

Известен частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератор периодических колебаний пилообразной формы, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель преобразованного сигнала и преобразователь временной интервал-код (счетчик-вычислитель), первый выход которого соединен с вторым входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, второй выход соединен с вторым входом усилителя преобразованного сигнала, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и блок формирования измерительного интервала полосы модуляции, при этом первый выход передатчика соединен с вторым входом смесителя, второй выход соединен с вторым входом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, выход которого соединен с вторым входом преобразователя временной интервал-код, третий вход преобразователя временной интервал-код соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, третий выход генератора тактовых импульсов соединен с третьим входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, четвертый вход которого соединен с выходом усилителя преобразованного сигнала, см., например, авторское свидетельство СССР N 717676 по заявке N 2545867/18-09 от 22 ноября 1977 г., кл. G 01 S 9/24.

В данном высотомере, который является радиолокатором с непрерывным излучением радиоволн, сигнал передатчика проникает непосредственно из передающей антенны в приемную антенну.

Уровень мощности прямого сигнала определяется межантенной развязкой (переходным затуханием между антеннами). Чтобы исключить захват прямого сигнала и выдачу недостоверной информации об измеряемой высоте усиление усилителя преобразованного сигнала на малых высотах уменьшается с помощью выходного кода преобразователя временной интервал-код таким образом, чтобы амплитуда прямого сигнала на выходе усилителя была меньше некоторого порогового уровня.

Известный метод амплитудной селекции прямого сигнала обеспечивает нормальную работоспособность высотомера на малых высотах над всеми типами подстилающей поверхности земли при достаточно больших значениях межантенной развязки ≈(70-90) дб, при этом дополнительно должна обеспечиваться необходимая стабильность коэффициентов передачи элементов приемно-передающего тракта, включая коэффициент передачи, определяющий регулировочную характеристику усилителя преобразованного сигнала. При воздействии различного рода дестабилизирующих факторов значение межантенной развязки и коэффициенты передачи элементов приемно-передающего тракта могут изменяться.

Недостатком данного высотомера является возможность захвата прямого сигнала и выдача недостоверной информации об измеряемой высоте в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, изменяющих значение межантенной развязки и коэффициенты передачи элементов приемно-передающего тракта.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по совокупности признаков является частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератор периодических колебаний пилообразной формы, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель преобразованного сигнала, цифровой релейный элемент, накопитель, первое пороговое устройство и первый элемент И, выход которого соединен с вторым входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, ключ, выход которого соединен с вторым входом накопителя, первый генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом цифрового релейного элемента, второй элемент И, второе пороговое устройство, блок формирования измерительного интервала полосы модуляции и преобразователь временной интервал-код, при этом второй выход передатчика соединен с вторым входом смесителя, третий выход передатчика соединен с первым входом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, выход которого соединен с входом преобразователя временной интервал-код и с третьим входом цифрового релейного элемента, второй выход цифрового релейного элемента соединен с третьим входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика и с первым входом ключа, генератор прямоугольных колебаний, два элемента задержки, два сумматора по модулю два, второй ключ и второй накопитель, см. патент Российской Федерации N 2106655 по заявке N 96112365/09 от 17 июня 1996 г. кл. G 01 S 13/34.

В данном высотомере для разделения прямого и полезного (отраженного от поверхности земли) сигналов используется известный метод селекции по дальности (высоте), при этом для исключения захвата прямого сигнала необходимо, чтобы нижняя граница H_нг диапазона поиска по высоте должна быть больше высоты H_пр, которая соответствует задержке прямого сигнала. Значение нижней границы диапазона поиска определяется параметрами следующих блоков: источника опорного аналогового сигнала, блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератора периодических колебаний пилообразной формы и передатчика с частотной модуляцией.

При воздействии различного рода дестабилизирующих факторов значение коэффициентов передачи вышеперечисленных блоков может изменяться, так, например, если передатчик с частотной модуляцией выполнен на транзисторном генераторе, то изменение средней крутизны электронной перестройки частоты (по отношению к измеренной перед испытанием) может составлять ±15%.

Суммарная нестабильность коэффициентов передачи источника аналогового сигнала, блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератора периодических колебаний пилообразной формы составляет примерно ±7%.

Таким образом, при воздействии дестабилизирующих факторов значение нижней границы диапазона поиска может изменяться от своего номинального значения на ±22%. Согласно ГОСТ 17589-72, Радиовысотомеры самолетные и вертолетные для высот до 1500 м, стр. 12, п. 2.40, остаточная высота H_ост, определяемая суммарной длиной соединительных коаксиальных кабелей от приемопередатчика до приемной и передающей антенны должна быть не менее 5 м. При разносе передающей и приемной антенны на объекте на расстояние 1 м значение H_пр = 0,5 м.

В прототипе значение нижней границы диапазона поиска должно удовлетворять следующим условиям
H^* _нг≥ (H_пр + H_ост)•K (1)
где K - коэффициент, определяемый параметрами настройки цифрового релейного элемента;
H^* _нг= H_нг+H_ост. (2)
Если принять H_пр = 0.5 м, H_ост = 5.5 м, K = 1.2, то
H^* _нг≥ (0.5 м + 5.5 м)•1.2 = 7.2 м. (3)
Изменение H^* _нг по отношению к номинальному значению (измеренному перед испытанием) составит
ΔH*нг

= ±0,22•H*нг = ±0.22•7.2м = ±1.58м. (4)
Окончательно значение нижней границы диапазона поиска определяется следующими выражениями

где ΔH_техн - необходимый технологический запас, определяемый конкретной схемной реализацией высотомера, принят равным 0.5 м
H_нг = H_нг ^* - H_ост = 9,28 м -5,5 м=3,78 м.

В выражениях (1), (2), (3), (5) остаточная высота H_ост является приборным параметром, который учитывается (вычитается) в преобразователе временной интервал-код и на выходные показания высотомера не влияет, поэтому выражение (6) для нижней границы диапазона поиска приводится применительно к выходным показаниям высотомера.

Если перед испытанием установить значение H_нг в соответствии в (6), то с учетом (4) минимальное значение измеряемой высоты при воздействии дестабилизирующих факторов определится следующим выражением
H_мин = H_нг±ΔH*нг

= 3.78±1.58м. (7)
Таким образом, при выбранных параметрах минимальное значение измеряемой высоты в прототипе изменяется от 2.2 до 5.36 м.

Цель изобретения - уменьшение минимальной измеряемой высоты и вероятности захвата прямого сигнала.

Для этого в частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератор периодических колебаний пилообразной формы, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель преобразованного сигнала, цифровой релейный элемент, накопитель, первое пороговое устройство и первый элемент И, выход которого соединен с вторым входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, ключ, выход которого соединен с вторым входом накопителя, первый генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом цифрового релейного элемента, второй элемент И, второе пороговое устройство, блок формирования измерительного интервала полосы модуляции и преобразователь временной интервал-код, при этом второй выход передатчика соединен с вторым входом смесителя, третий выход передатчика соединен с первым входом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, выход которого соединен с входом преобразователя временной интервал-код и с третьим входом цифрового релейного элемента, второй выход цифрового релейного элемента соединен с третьим входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика и с первым входом ключа, введены последовательно соединенные первый триггер, третий элемент И, счетчик, второй триггер, третий триггер и элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом ключа, источник параллельного кода, выход которого соединен с вторым входом счетчика, последовательно соединенные делитель частоты и формирователь импульсов, первый выход которого соединен с третьим входом счетчика, второй выход соединен с вторым входом второго триггера, третий выход соединен с вторым входом третьего триггера, второй генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого триггера, с вторым входом третьего элемента И и с вторым входом формирователя импульсов, четвертый элемент И, выход накопителя соединен с входом второго порогового устройства, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с первым входом четвертого элемента И, второй выход третьего триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, третий выход цифрового релейного элемента соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, вход делителя частоты соединен с выходом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, третий вход блока управления скоростью перестройки частоты передатчика соединен с выходом первого порогового устройства, второй выход генератора периодических колебаний пилообразной формы соединен с вторым входом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема высотомера, на фиг. 2 -вариант выполнения передатчика с частотной модуляцией, на фиг. 3 - вариант выполнения блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, на фиг. 4- вариант выполнения цифрового релейного элемента, на фиг. 5 - вариант выполнения блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, на фиг. 6 - вариант выполнения формирователя импульсов, на фиг. 7, 8, 9 представлены эпюры и временные диаграммы, поясняющие работу высотомера.

Высотомер (фиг. 1) содержит генератор 1 периодических колебаний пилообразной формы, передатчик 2 с частотной модуляцией, передающую антенну 3, приемную антенну 4, смеситель 5, усилитель 6 преобразованного сигнала, цифровой релейный элемент 7, генератор 8 тактовых импульсов, блок 9 формирования измерительного интервала полосы модуляции, блок 10 управления скоростью перестройки частоты передатчика, источник 11 опорного аналогового сигнала, ключ 12, накопитель 13, пороговые устройства 14, 15, преобразователь 16 временной интервал-код, элементы 17И, 18И, 19И, 20И, элемент 21 ИЛИ, генератор 22 тактовых импульсов, делитель 23 частоты на 2, источник 24 параллельного кода, счетчик 25, триггеры 26, 27, 28, формирователь 29 импульсов.

Связи между указанными блоками и элементами соответствуют фиг. 1.

Передатчик 2 с частотной модуляцией (фиг. 2) содержит частотно-модулированный генератор 30 и делитель 31 мощности;
блок 9 формирования измерительного интервала полосы модуляции (фиг. 3) содержит СВЧ резонаторы 32, 33, детекторы 34, 35 огибающей, сумматор 36, компаратор 37, элемент 38И, делители 39, 40, 41 частоты на 2, переключатель 42;
цифровой релейный элемент 7(фиг. 4) содержит элемент 43 задержки, компаратор 44, элемент 45И, сдвиговый регистр 46, элементы 47НЕ, 48НЕ, элементы 49И, 50И, 51И, счетчик 52, цифровые компараторы 53, 54, 55, триггеры 56, 57, 58, элемент 59И;
блок 10 управления скоростью перестройки частоты передатчика (фиг. 5) содержит переключатель 60, генератор 61 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 62, реверсивный счетчик 63, дешифратор 64, источник 65 параллельного кода;
формирователь 29 импульсов (фиг. 6) содержит элементы 66И, 67И, 68И, элементы 69НЕ, 70НЕ, 71НЕ, сдвиговый регистр 72.

Высотомер работает следующим образом. При включении высотомер работает в режиме поиска, при этом в реверсивный счетчик 63 (фиг. 5) с выхода источника 65 загружается двоичный параллельный код N_нг, значение данного кода определяет нижнюю границу диапазона поиска по высоте. Пока полезный отраженный сигнал не обнаружен, выходной сигнал порогового устройства 15 (фиг. 1) соответствует уровню логического нуля ("лог 0"), соответственно на выходе элемента 20И данный "лог 0" повторяется. Вход "Больше/Меньше" (±) реверсивного счетчика 63 соединен с выходом элемента 20И, а вход управления переключателя 60 соединен с выходом порогового устройства 15. "Лог 0" на управляющем входе переключателя 60 и входе "Больше/Меньше" реверсивного счетчика 63 соответствует состоянию, при котором содержимое реверсивного счетчика 63 (двоичный код N_рс) уменьшается под действием тактовых импульсов генератора 61 от значения N_нг до значения N_вг, которое определяет верхнюю границу диапазона поиска по высоте. Выход дешифратора 64 соединен с входом разрешение загрузки реверсивного счетчика 63. При выполнении условия N_рс≤N_вг дешифратор 64 формирует на своем выходе "лог 0", под действием которого в реверсивный счетчик 63 снова загружается код N_нг и процесс поиска сигнала вновь повторяется. Необходимо отметить, что, в отличие от прототипа, см. выражения (5), (6) в предлагаемом техническом решении нижняя граница диапазона поиска должна удовлетворять условию
H_нг < H_пр-ΔH*нг

, (8)
т. е. при H_пр = 0.5 м и ΔH*нг = 1.58м, нижняя граница диапазона поиска может быть меньше 0 м и принимать отрицательное значение.

Параллельный двоичный код N_рс реверсивного счетчика поступает на первый вход цифроаналогового преобразователя 62, на второй вход которого подается опорное напряжение источника 11. Значение управляющего напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 62 прямо пропорционально значению кода N_рс.

При необходимости для поддержания соответствующего коэффициента передачи следящего кольца высотомера в диапазоне измеряемых высот управляющее напряжение может подвергаться нелинейному преобразованию (экспоненциальному, гиперболическому).

Управляющее напряжение с выхода блока 10 поступает на вход генератора 1. Генератор 1 работает в автоколебательном режиме и формирует на первом выходе периодическое колебание пилообразной формы с периодом повторения Т_м, которое поступает на вход передатчика 2. В состав передатчика 2 входят частотно-модулированный генератор 30 и делитель 31 мощности, фиг. 2). Под действием периодических колебаний пилообразной формы частота сигнала на выходе генератора 30 изменяется от f_мин до f_макс в соответствии с фиг. 7а).

Частотно-модулированный сигнал с первого выхода делителя 31 мощности поступает на передающую антенну 3 и излучается в направлении поверхности земли. Частотно- модулированный сигнал с второго выхода делителя 31 мощности поступает на первый вход смесителя, с третьего выхода - на вход блока 9 формирования измерительного интервала полосы модуляции, на второй вход которого с второго выхода генератора 1 поступает сигнал, временная диаграмма которого представлена на фиг. 7б). В блоке 9 частотно-модулированный сигнал поступает на СВЧ резонаторы 32, 33. Резонатор 32 настроен на частоту f_н, а резонатор 33 на частоту f_в. Диапазон электрической перестройки частоты сигнала передатчика от f_н до f_в соответствует эталонной полосе Δf. Выходные сигналы резонаторов детектируются детекторами 34, 35 и суммируются в сумматоре 36. Временная диаграмма сигналов "имп1", "имп2", "имп3", "имп4" на выходе сумматора 36 представлена на фиг. 7в). Выходные сигналы сумматора 36 поступают на вход компаратора 37, где амплитуда сигналов сравнивается с опорным напряжением U_ср. Временная диаграмма сигналов на выходе компаратора 37 представлена на фиг. 7г). Импульсные сигналы с выхода компаратора 37 поступают на первый вход элемента 38И, на второй вход которого поступает сигнал с второго выхода генератора 1 (фиг. 7б). Временная диаграмма импульсных сигналов на выходе элемента 38И представлена на фиг. 7д), данные импульсные сигналы, соответствующие времени t_н1, t_в1, t_н2, t_в2 поступают на входы делителей 40, 41 частоты на 2.

Делитель 40 переключается положительным перепадом входного сигнала, фиг. 7е), а делитель 41 - отрицательным перепадом, фиг. 7и). Выходные сигналы делителей 40, 41 поступают на первый и второй входы переключателя 42, на третий (управляющий) вход которого поступает выходной сигнал делителя 39 частоты на 2, фиг. 7к). В результате на выходе переключателя 42 за время 2 Т_м формируются два положительных импульса длительностью Т_изм1 и Т_изм2, фиг. 7л). Импульс длительностью Т_изм1 соответствует времени между моментами переключения компаратора 37 по переднему фронту сигнала "имп3" и сигнала "имп4". Импульсы длительностью Т_изм2 соответствуют времени между моментами переключения компаратора 37 по заднему фронту сигнала "имп3" и сигнала "имп4". Такое построение блока 9 позволяет на интервале времени 2 Т_м при воздействии различного рода дестабилизирующих факторов более точно определить время Т_изм, в течение которого частота сигнала передатчика перестраивается в эталонной полосе Δf:

Так, например, если по каким-либо причинам амплитуда сигнала "имп4" возросла, то значение Т_изм1 по сравнению с измеренным ранее уменьшится, а значение Т_изм2 возрастет, в целом сумма значений Т_изм1 и Т_изм2 останется прежней. Время Т_изм является мерой высоты, чем больше Т_изм, тем больше измеряемая высота и наоборот. Импульсы длительностью Т_изм1 и Т_изм2 поступают на вход преобразователя 16 временной интервал-код, первый вход цифрового релейного элемента 7. Сигнал, отраженный от поверхности земли, поступает на приемную антенну 4, далее на второй вход смесителя 5. Преобразованный сигнал, который представляет собой сумму отраженного и прямого сигналов, поступает на вход усилителя 6. Так как поиск сигнала происходит начиная с малых высот, то нижней границе диапазона поиска соответствует максимальная скорость изменения частоты передатчика в диапазоне Δf, поэтому в процессе поиска частота преобразованного сигнала на выходе смесителя изменяется от больших значений к меньшим. Преобразованный сигнал в усилителе 6 с центральной частотой настройки Fo фильтруется по частоте, усиливается по амплитуде и поступает на второй вход цифрового релейного элемента 7, на третий вход которого поступают тактовые импульсы генератора 8. Работа цифрового релейного элемента поясняется временными диаграммами и эпюрами, представленными на фиг. 8. На фиг. 8а) представлена временная диаграмма колебания преобразованного сигнала на выходе компаратора 44, период колебания равен Т_б, частота колебания равна F_б. Задержка в элементе 43 соответствует аппаратурной задержке сигнала в приемном тракте. На выходе элемента 45И образуются пачки колебаний, частота которых равна F_б, длительность пачки равна Т_изм1 и Т_изм2. Колебания с частотой F_б поступают на информационный вход регистра 46 сдвига, на вход синхронизации которого поступают тактовые импульсы генератора 8, период повторения тактовых импульсов равен Т_о. Сигналы с отводов регистра 46 непосредственно и через элементы 47НЕ, 48НЕ поступают на элементы 49И, 30И, элемент 30И с инверсией выходного сигнала. Временная диаграмма сигнала на выходе элемента 49И представлена на фиг. 8б), временная диаграмма сигнала на выходе элемента 30И представлена на фиг. 8в). Пачка импульсов с периодом повторения Т_о на выходе элемента 51И представлена на фиг.8г). Длительность пачки равна Т_б-Т_о. Пачка импульсов поступает на счетный вход счетчика 52, выходной код N_сч которого пропорционален периоду Т_б. В зависимости от значения N_сч цифровые компараторы 53, 54, 55 принимают состояние "лог 0" или логической единицы ("лог 1"). По окончании каждого из мгновенных периодов Тб_, по положительному перепаду выходного импульса элемента 49И, фиг. 8б), состояние цифровых компараторов загружается в элементы памяти - D-триггеры 56, 57, 58. После этого отрицательный импульс с выхода элемента 50И обнуляет счетчик 52, фиг. 8в). На фиг. 8д), 8е), 8и) представлена соответственно зависимость состояний триггера 56, 57, 58 от частоты F_б преобразованного сигнала, на фиг. 8к) представлена зависимость состояния элемента 59И от частоты F_б. Триггер 56 формирует сигнал рассогласования (±1) для следящей системы высотомера, +1 соответствует "лог 1", -1 соответствует "лог 0". Выходной сигнал элемента 59И определяет полосу частот от F_н до F_в, в пределах которой производится накопление преобразованного сигнала, за пределами этой полосы накопление сигнала не производится.

В процессе поиска частота F_пр преобразованного прямого сигнала уменьшается и попадает в полосу частот, где может производиться накопление сигнала. На фиг. 8л) преобразованный прямой сигнал применительно к рассматриваемым условиям условно представлен в виде одной спектральной составляющей, изображенной пунктирной линией. Для исключения захвата прямого сигнала необходимо исключить его накопление до тех пор, пока частота F_пр преобразованного прямого сигнала не станет меньше значения F_н, фиг. 8л), где преобразованный прямой сигнал условно представлен в виде одной спектральной составляющей, изображенной сплошной линией, т. е. ключ 12, подключенный к накопителю 13, должен открыться только после того, как выполнится условие
F_пр≤F_н. (10)
Для определения момента начала открытия ключа 12 используются введенные отличительные признаки.

Известно выражение, определяющее связь между параметрами Т_изм и F_пр

где C - скорость распространения радиоволн.

Определим значение Т_изм, при котором выполняется условие (10)

Импульсы длительностью Т_изм1, Т_изм2 с выхода блока 9 поступают на информационный вход D-триггера 26, фиг. 9а), тактовые импульсы генератора 22 с периодом повторения Т_т поступают на вход синхронизации D-триггера 26, первые входы элемента 17И и формирователя 29 импульсов. На выходе элемента 17И на интервале времени 2 Т_м формируются две пачки импульсов, длительность пачек равна соответственно Т_изм1 и Т_изм2, фиг. 9б). Пачки импульсов с выхода элемента 17И поступают на счетный вход счетчика 25. Выходной сигнал делителя 23 частоты на 2 поступает на второй вход формирователя 29 импульсов, (фиг. 9в). Работа формирователя 29 поясняется временными диаграммами на фиг. 9г), 9д), 9е).

Во время формирования отрицательного импульса на выходе элемента 67И, фиг. 6, фиг. 9д), параллельный двоичный код N_т с выхода источника 24 загружается в счетчик 25.

Необходимое минимальное значение кода N_т определяется из выражения (12) с учетом (9)

Затем во время формирования отрицательного импульса на выходе элемента 68И, фиг. 9е), R-S триггер 27 устанавливается в исходное состояние "лог 0", фиг. 9и). Под действием счетных импульсов, формирующихся на выходе элемента 17И, содержимое счетчика 25 уменьшается. Если за время Т_изм1 + Т_изм2 содержимое счетчика 25 не успело уменьшиться до нуля, то отрицательный импульс на его выходе не формируется, состояние R-S триггера 27 не изменяется и в момент t₁ формирования положительного перепада импульса на выходе элемента 66И, фиг. 9г), в D-триггер 28 по прямому выходу Q загружается "лог 0", фиг. 9л). Это говорит о том, что возможен захват прямого сигнала. Для исключения этого уровень "лог 0" с выхода Q D-триггера 28 через элемент 21 ИЛИ удерживает ключ 12 в закрытом состоянии, исключая тем самым накопление прямого сигнала и срабатывание пороговых устройств 14, 15. В процессе поиска во время i-го цикла работы на периоде 2Т_мi значение Т_изм1i + Т_изм2i увеличивается по сравнению с предыдущим циклом таким образом, что содержимое счетчика 25 успевает уменьшиться до нуля и тогда на его выходе формируется отрицательный импульс, фиг. 9к), при действии которого R-S триггер 27 переключается в состояние "лог 1", фиг. 9и), в момент времени t₂ "лог 1" загружается в D-триггер 28, фиг. 9). Это говорит о том, что условия (10) и (12) выполняются, захват прямого сигнала исключен, при этом "лог 1" D-триггера 28 с выхода Q через элемент 21ИЛИ открывает ключ 12 и накопитель 13 может накапливать полезный сигнал. Накопитель 13 может быть выполнен, например, на реверсивном счетчике, на вход Больше/Меньше (±) которого поступает сигнал с выхода элемента 59И. Значение частоты F_б полезного преобразованного сигнала в процессе поиска уменьшается и при определенном значении Т_изм, зависящим от высоты полета, становится меньше, чем F_в, при этом на входе Больше/Меньше реверсивного счетчика накопителя сигнал из состояния "лог 0" переходит в состояние "лог 1", фиг. 8к) и содержимое накопителя 13 начинает увеличиваться в темпе поступления импульсов с выхода элемента 50И. Когда значение кода на выходе накопителя становится больше, чем опорный код N_ср1, пороговое устройство 15, которое может быть выполнено, например, на цифровом компараторе, изменяет свое состояние из "лог 0" в "лог 1, при этом выход триггера 56 через элементы 19И, 20И соединяется с входом Больше/Меньше реверсивного счетчика 63, выход элемента 50И через переключатель 60 соединяется с входом синхронизации реверсивного счетчика 63. Так как при выполнении условий (10), (12) инверсный выход D-триггера 28 будет всегда находиться в состоянии "лог 0", а элемент 18И осуществляет дополнительную инверсию, "лог 1" на выходе элемента 18И не оказывает влияния на состояние элемента 19И, аналогично "лог 1", которая поступает с выхода порогового устройства 15 на вход элемента 20И, также не оказывает влияния на его состояние, поэтому сигнал рассогласования для следящей системы высотомера, который формируется на выходе триггера 56, фиг. 8д), полностью повторяется на входе Больше/Меньше реверсивного счетчика 63. Содержимое реверсивного счетчика 63 изменяется в темпе поступления импульсов с выхода элемента 50И, фиг. 8в) и удерживает значение частоты преобразованного полезного сигнала в области частоты F_о, фиг. 8д). На этом заканчивается первый этап обнаружения полезного сигнала, характеризующийся определенным пороговым соотношением сигнал/шум на выходе накопителя. Для увеличения этого соотношения полезный сигнал продолжает накапливаться и когда значение выходного кода накопителя становится больше, чем опорный код N_ср2, пороговое устройство 14 изменяет свое состояние из "лог 0" (Сброс) в "лог 1" (Захват), данный сигнал через элемент 21ИЛИ поступает на управляющий вход ключа 12 и подтверждает его открытое состояние. На этом заканчивается второй этап обнаружения преобразованного полезного сигнала и данные высоты (код N_н на выходе преобразователя 16) считаются достоверными. При измерении малых высот и уменьшении высоты полета до предельно малых значений высотомер отслеживает ее изменение, при этом частота F_пр преобразованного прямого сигнала увеличивается и сравнивается с частотой F_н, фиг. 8к), 8 л). Триггер 28 по выходу Q изменяет свое состояние с "лог 1" на "лог 0", но состояние ключа 12 не изменяется, т.к. его открытое состояние подтверждается "лог 1" с выхода порогового устройства 14, что позволяет продолжать накапливать полезный сигнал и не выдавать сигнал "Сброс". Одновременно с прямым выходом Q триггер 28 по инверсному выходу изменяет свое состояние с "лог 0" в "лог 1" и т.к. элемент 18И осуществляет инверсию по выходу, то наличие "лог 1" на его первом и втором входе вызывает возникновение "лог 0" на его выходе. Данный "лог 0" через элементы 19И, 20И поступает на вход Больше/Меньше реверсивного счетчика 63 и удерживается вне зависимости от сигнала, поступающего с выхода триггера 56 на второй вход элемента 19И. Содержимое реверсивного счетчика 63 начинает уменьшаться, уменьшается и управляющее напряжение с выхода блока 10, уменьшается скорость перестройки частоты передатчика, уменьшается значение частоты F_пр преобразованного прямого сигнала, увеличивается значение Т_изм, это приводит к тому, что значение частоты F_пр снова становится меньше, чем F_н и триггер 28 по выходу Q возвращается в состояние "лог 1", по выходу в состояние "лог 0". Если значение частоты F_пр снова увеличится и станет равным F_н, процесс вывода ее из зоны накопления снова повторится. Необходимо отметить, что само значение частоты Fnp оценивается косвенно по значению параметра Тизм в соответствии с (11). Точность ее оценки в основном зависит от стабильности параметра Δf. Параметр Δf в блоке 9 определяется настройкой СВЧ-резонаторов 32, 33.

По результатам испытаний, которые не расходятся с данными, приведенными в источниках информации, значение параметра Δf при воздействии различного рода дестабилизирующих факторов в 7-см диапазоне длин волн, выделенном для высотомеров, может находиться, например, в пределах:
Δf = (93±2)МГц. (14)
Относительная нестабильность параметра Δf

Таким образом, в предлагаемом техническом решении положение прямого сигнала на оси дальности (высоты) определяется по параметру Т_изм, в течение которого частота передатчика перестраивается в полосе Δf, с точностью не более ±2.15%.

При H_пр = 0.5 м, H_ост = 5.5 м абсолютная точность ΔH_пр определения местоположения прямого сигнала на оси дальности (высоты) составит

Минимальная измеряемая высота, обеспечиваемая предлагаемым высотомером определяется из следующего выражения

где
Таким образом, при выбранных параметрах минимальное значение измеряемой высоты изменяется от 2.07 до 2.33 м.

Сравнивая выражения (7) и (17) приходим к выводу, что в предлагаемом высотомере при выбранных параметрах минимальная измеряемая высота по сравнению с прототипом уменьшена на 3 м.

Применение предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом позволяет снизить минимальное значение измеряемой высоты и уменьшить вероятность захвата прямого сигнала.

Изобретение относится к области радиолокации. Технический результат - уменьшение минимальной измеряемой высоты и уменьшение вероятности захвата прямого сигнала. Частотно-модулированный высотомер содержит источник опорного аналогового сигнала, блок управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератор периодических колебаний пилообразной формы, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, приемную антенну, смеситель, усилитель преобразованного сигнала, цифровой релейный элемент, накопитель, первое пороговое устройство и первый элемент И, ключ, первый генератор тактовых импульсов, второй элемент И, второе пороговое устройство, блок формирования измерительного интервала полосы модуляции и преобразователь временной интервал - код, первый триггер, третий элемент И, счетчик, второй триггер, третий триггер и элемент ИЛИ, источник параллельного кода, делитель частоты и формирователь импульсов, второй генератор тактовых импульсов, четвертый элемент И. 9 ил.

Частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные источник опорного аналогового сигнала, блок управления скоростью перестройки частоты передатчика, генератор периодических колебаний пилообразной формы, передатчик с частотной модуляцией и передающую антенну, последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель преобразованного сигнала, цифровой релейный элемент, накопитель, первое пороговое устройство и первый элемент И, выход которого соединен с вторым входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика, ключ, выход которого соединен с вторым входом накопителя, первый генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом цифрового релейного элемента, второй элемент И, второе пороговое устройство, блок формирования измерительного интервала полосы модуляции и преобразователь временной интервал - код, при этом второй выход передатчика соединен с вторым входом смесителя, третий выход передатчика соединен с первым входом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, выход которого соединен с входом преобразователя временной интервал - код и с третьим входом цифрового релейного элемента, второй выход цифрового релейного элемента соединен с третьим входом блока управления скоростью перестройки частоты передатчика и с первым входом ключа, отличающийся тем, что введены последовательно соединенный первый триггер, третий элемент И, счетчик, второй триггер, третий триггер и элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом ключа, источник параллельного кода, выход которого соединен с вторым входом счетчика, последовательно соединенные делитель частоты и формирователь импульсов, первый выход которого соединен с третьим входом счетчика, второй выход соединен с вторым входом второго триггера, третий выход соединен с вторым входом третьего триггера, второй генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого триггера, с вторым входом третьего элемента И и с вторым входом формирователя импульсов, четвертый элемент И, выход накопителя соединен с входом второго порогового устройства, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с первым входом четвертого элемента И, второй выход третьего триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, третий выход цифрового релейного элемента соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, вход делителя частоты соединен с выходом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции, третий вход блока управления скоростью перестройки частоты передатчика соединен с выходом первого порогового устройства, второй выход генератора периодических колебаний пилообразной формы соединен с вторым входом блока формирования измерительного интервала полосы модуляции.