Радиовысотомер с частотной модуляцией Советский патент 1977 года по МПК G01S9/24 

(54) РАДИОВЫСОТОМЕР С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

1

Изобретение относится к радиолокации, может использоваться для измерения дальности с регулированием скорости изменения частоты передаваемого сигнала.

Известно радиолокационное устройство с частотной модуляцией по цилообразному закону, используемое для измерения высоты полета летательного аппарата, в котором решается задача устранения влияния переотраженного от подстилающей поверхности сигнала на точность измерения высоты lj.

Однако в известном устройстве в случае, если мощность пере отраженного сигнала превышает мощность отраженного на время, больще некоторого заданного времени t определяемого параметрами схемы, влияние переотраженного сигнала неустраняется, т.е. увеличивается ошибка измерения высоты.

Ь1аиболее близок к прзедлагаемому - радиовысотомер с частотной модуляцией, со держащий последовательно соединенные приемник 11 фильтр верхних частот, последовательно с-оединенньге усилитель сигнала биений. полосовой фильтр, ограничитель, выход которого подключен непосредственно и через блок сравнения к первому и второму входам блока обработки, выход которого соединен со входом передатчика, выход которого связан с гетеродинным входом приемника 2.

Однако в этом радиовысотомере, если на входе приемника имеется переотражен- ный сигнал, мощность которого больше мощности отраженного сигнала, среднее значение частоты биений группируется вокруг частоты переотраженного сигн.ала, что приводит к измерению высоты с ошибкой, рзав- ной удвоенной высоте.

Цель изобретения - повышение точности измерения высоты при воздействии пере- отраженного сигнала от подстилающей поверхности.

Для этого в радиовысотомер с частот-рной модуляцией, содержащий последователь но соединенные приемник и фильтр верхних частот, последовательно соединенные усилитель сигнала биений, полосовой фильтр, ограничитель, выход которого подключен непосредственно и через блок сравнения t первому И второму входам блока обработка выход которого соединен со входом передат чика, выход которого связан с гетеродинным входом приемника, введены последовательно соединенные корректирующий фильтр первый вход которого соединен с выходом фильтоа верхних частот, усилитель скорректированного сигнала с автоматической регу лировкой усиления и сумматор, а также бло автоматической регулировки усиления втброй вход сумматора подключен к выходу фильтра верхних частот, а выход - к первому входу усилителя сигнала биений, второй вход которого соединен с выходом блока автоматической регулировки усиления; нулевой выход блока обработки соединен со вторым входом корректирующего фильтра а управляющий выход соединен одновременно со входом блока автоматической регулировки усиления и со вторым входом усилителя скорректированного сигнала с автоматической регулировкой усиления. На чертеже представдена структурная электрическая схема радиовысотомера. Радиовысотомер содержит последователь но соединенные приемник 1, фильтр верхних частот (ФВЧ) 2 , сумматор 3, усилитель 4 сигнала биений, полосовой фильтр 5, ограничитель 6, выход которого подключен непосредсгвенно и через блок сравне- ния 7 к первому и второму входам блока обработки 8, выход которого соединен совходом передатчика 9. Выход ФВЧ 2 соединен через последовательно соединенные корректирующий фш1ь 10и усилитель 11 скорректированного сигнала с автоматической регулировкой уси ления с другим входом сумматора 3. Выход передатчика 9 соединен с гетеродинным входом приемника 1. Нулевой выход блока обработки 8 соединен со вторым входом корректирующего фильтра 1Q, а управляющий выход - со вторым входом усилителя 11и со вторым входом усилителя 4 через блок автоматической: регулировки усиления (АРУ) 12 , Радиовысотомер работает следующим образом. Отраженный сигнал в виде компоненты сигнала биений с частотой fj И переотра- с частотой f поступают е женньш сигнал через ФВЧ 2 одновременно на приемника 1 сумматор 3 и корректирующий фильтр 1О, который ослабляет частотные компоненты сигнала вблизи ожидаемой частоты по сравнению с заданной частотой i . Через корректирующий фильтр сигнал биений проходит на усилитель 4, рег-улнруюший ег амплитуду в зависимости от уровня управ лмюикло сигнала. Это необходимо но следу ющей причине: мощность переотраженного сигнала сравнима с мощностью отраженного сигнала для высот от 1 до 30 м , а для больших высот она З1н аяительно меньще мощности отраженного сигнала. Поэтому .подавлять переотраженный сигнал целесообразно только на малых высотах. Управляющий сигнал с блока обработки 8, обратно пропорциональный высоте, увеличивает на; малых высотах амплитуды сигнала с корректирующего фильтра 10 настолько, что она становится много больше амплитуды сигнала с ФВЧ 2, т. е. сигнал на выходе сумматора 3 определяется только сигналом, прошедшим через фильтр 10. Далее сигнал поступает на усилитель 4, Полосовой фильтр 5 и ограничитель 6. В ограничите пе спектр симметрируется вокруг компоненты с наибольшей амплитудой, в блоке обработки 8 определяется центр тяжести спектра сигнала и вырабатывается сигнал рассогласования между положением центра тяжести спектра и заданной частотой , Этот с:1гнал воздействует на скорость измерения частоты излучаемого сигнала таким образом, чтобы частота биений была равна заданной. Поскольку в корректирующем фильтре компонента с частотой f. подавляется в . п аз, если мощность переотраженного сигнала в тп раз больще мощности отралсенного и , центр тяжести спектра и, стало быть, высота определяется правильно. На высотах, больших 30 м, усилитель 11 имеет такой малый коэффициент усиления, что сигнал с ФВЧ 2 много больще сигнала с усилителя 11 . Поэтому сигнал на выходе сумматора 3 определяется только сигналом, прошедшим через ФВЧ 2 Тем самым на больших высотах устраняются искажения, вводимые корректирующим фильтром 10 в амплитудно-частотную характеристику тракта. Устранить их необходимо по следующей причине: на больших высотах мощность сигнала с приемника весьма мала в силу известной зависимости мощности принимаемого сигнала от дальности и сравнима с мощностью собственных шумов тракта. Если амплитудно-частотная характеристика тракта до ограничителя 6 искажена (несимметрична), соответственно искажается энергетический спектр шумов на выходе ограничителя. Сигнал биений взаимодействует с таким шумом в ограничителе 6, и центр гяжесги спектра на его выходе не совнадает с частотой отраженного сигнала биений, что приводит к ошибке измерения высотье. Введение блока автоматической регулировки усш1ения (АРУ) 12 и регулировки услления усилителя 4 необходш ю по следу ющей причине: если по каким-либо причина например ввиду неисправности в приемнике 1, сигнал биений отсутствует на малых высотах, т. о. тогда, когда с домощью корректирующего фильтра Ю вводятся амплитудно-частотные искажения, на ограничитель 6 поступает только шум с искаженным энергетическим спектром. Спектр шумов на выходе ограничителя также искажается, т.е. плотность шумов выше частоты д меньше, чем вблизи ее. Это, в свою очередь, приводит к неправильному функционированию блока сравнения, который вьщает сюнал, свидетельствующий о наличии сигнала биений, и блок обработки 8 измеря ет высоту, что приводит к грубым ошибкам Для устранения этого на малых высотах усилитель 4 с помощью блока АРУ 12 снижает настолько, что уровень шумов на входе ограничителя 6 близок к нулю, в то время как это снижение усиления не приводит к подавлению сигнала биений, если он прирутствует, так как мощность его на малых высотах весьма велика. Подъем амплитудно-частотной характеристики корректирующего фильтра 10 на частотах ниже i в Ti раз по сравнению с частотой f необходим по следуюшей причине: пусть создалась ситуация, когда мощность переотраженного сигнала в .тп раз больше мошности отраженного, причем ( Т7 коэффициент подавления пере- отраженного сигнала корректирующим фильт ром , Тогда через время, равное постоянной времени замкнутой петли обратной свя зи в радиовысотомере, будет сопровождать ся высота Н, а компонента сигнала бие НИИ, соотвествующая высоте HQ , окажется ниже частоты f . Если через некоторое время мощность переотраженного сигнала уменьшится так, что выполнится соотношение , радиовысотомер через некоторое время вновь будет сопровождать частоту г- . Если характеристика корректирующего фильтра не поднимается, обратный переход от сопровождения высоты к сопровождению высоты HQ происходит только в том случае если мощность переотраженного сигнала меньше мощности отраженного, так как корректирующий фильтр не подавляет в это случае переотраженного сигнала. Необходимость обнуления корректирующего фильтра, т. е. связи его с нулевым выходом блока обработки 8, вызвано следующей причиной: известно, что спектр сиг мало биений является дискретным с частотами, К затиыми частоте модулирующей функции. При пропускании такого сиг:нала биений через корректирующий фильтр уменьшается амплитуда гармоники, частота которой больше . Это, в свою очередь, может вызэать смешение центра тяжести спектра сигнала на выходе ограничителя 6 от частоты f Q , в результате чего возникает ошибка измерения высоты, которая тем больше, чем круче спад амплитудночастотной характеристики корректирующего фильтра и чем больше модулирующая частота. Этого не происходит, если сигнал биений поступает на корректирующий фильтр только на время, равное одному периоду модулирующей функции. Если теперь в начале каждого периода модулируюшей функции устанавливать в корректирующем фильтре начальные нулевые условия, реакция на входной сигнал будет такая же, как на одиночный сигнал за время одного периода модуляции. При этом не возникает ошибки измерения высоты. Точность измерения высоты описанным радиовысотомером в два раза выше по сравнению с известным в условиях воздействия переотраженного сигнала. Формула изобретения Радиовысотомер с частотной модуляци- S ей, содержащий последовательно соединенные приемник и фильтр верхних частот, последовательно соединенные усилитель биений, полосовой фильтр, ограничитель, выход которого подключен непосредственно и через блок сравнения к первому и второму входам блока обработки, выход которого соединен со входом передатчика, выход которого связан с гетеродинным входом приемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения высоты при воздействии переотраженного сигнала от подстилающей поверхности, в него дополнительно введены посйедовательно соединенные корректирующий фильтр, первый вход которого соединен с выходом фильтра верхних частот, уйипитель скорректированного сигнала с автоматической регулировкой усиления и сумматор, а также блок автоматшеской регулировки усиления, при этом второй вход сумматора подключен к выходу фильтра верхних частот, а выход - к первому входу усилителя сигнала биений, второй вход которого соединен с выходом блока автоматической регулировки усиления, нулевой выход блока обработки соединен со вторым входом корректирующего фильтра, а управляющий выход соединен одновременно со входом блока автоматической регулировки усиления и со вторьгм вхо

дом усилителя скорректированного сигнала с автоматической регулировкой усиления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

2.Патент Франции № 1557670, С 01 9/24, 21.02.69.