Министерство  образования и науки РФ 
 
 

ТОМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ  СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ  И  РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР) 
 

Кафедра  Радиотехнических  Систем

(РТС) 
 

РАДИОВЫСОТОМЕР  ДЛЯ  САМОЛЕТОВ

ГРАЖДАНСКОЙ  АВИАЦИИ 

Пояснительная  записка  к  курсовому  проекту  по  дисциплине

“Радиотехнические  системы”

РТФ КР1.438.001 ПЗ 
 

                                                              
 
 

  
 

Выполнил:  студент гр.147-1

                                                                         ______ Добриков Д.С. 
 

                                                          Руководитель  проекта:

                                                                          ______ Денисов В.П.

                    

                                                  

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011

 

 
Содержание 

1  Введение 4

2 Выбор типа излучения 5

3 Проектирование структурной схемы  радиовысотомера 6

4 Выбор и обоснование технических  характеристик функциональной схемы 7

4.1 Выбор длины волны. 7

4.2 Определение параметров модуляции 9

4.3 Энергетический баланс станции 10

5 Выбор и обоснование выходного измерителя 16

6 Анализ среднеквадратической погрешности РВ. 17

Заключение 19

Список  использованных источников 20

РТФ КП.438.001 Э2 Структурная схема радиовысотомера 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1  Введение

 

     На  современном этапе развития науки  и техники радиолокация стала  незаменимым средством решения  очень большого спектра задач  связанных с необходимостью оперативного слежения за местоположением и состоянием подвижных объектов (самолетов, кораблей, искусственных спутников земли  и др.) как в воздушном, так и  в космическом пространстве, так  на воде и суше. С помощью радиолокационных средств решаются самые разнообразные  задачи навигации, управления полетом  и посадкой летательных аппаратов, проводкой кораблей, перехвата объектов противника, прогнозирование погоды, исследования космических тел. В  настоящее время радиолокационные устройства используют и для исследования физических и кинематических характеристик  объектов наблюдения.

     Интенсивное развитие авиации и ракетной техники  приводит к тому, что требования к системам управления и навигации (к их автономности, точности, надёжности, помехозащищённости и др.) постоянно  повышаются. Среди автономных средств  навигации и управления особое внимание уделяется радиотехническим системам, измеряющим ряд основных параметров движения центра масс летательного аппарата  и снаряда: высоту, вертикальную и путевую скорости полёта, пройденное расстояние, боковое отклонение и др. [1].        

     В данном курсовом проекте производится расчет основных характеристик самолётного  радиовысотомера, который является одним из необходимых приборов входящих в комплект радиооборудования, поскольку  радиовысотомер является основным прибором, по которому ориентируется пилот  при резком снижении самолёта для  выполнения различных тактических  задач. 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2 Выбор типа излучения 

 

       Одним из первых вопросов возникающих на первом этапе проектировании является вопрос о виде излучаемых колебаний. Качество работы радиовысотомеров (РВ) во многих случаях определяется свойствами зондирующих сигналов. Различают импульсный, фазовый и частотный методы измерения дальности, которые названы в соответствии с параметром, по которому определяется дальность. Определение дальности D (высоты) во всех дальномерных системах сводится к измерению временного запаздывания , пропорционального дальности, в соответствии с формулой , при приеме излученного сигнала после его отражения или переизлучения целью.

       В настоящее время на практике широко используется непрерывное, квазинепрерывное и импульсное излучение радиоволн [2]. По совокупности своих качеств широко применяемыми и перспективными оказались частотные РВ использующие гармонический, линейный и симметричный линейный законы модуляции.

       Импульсные  радиовысотомеры с успехом применяются  для измерения больших и космических  высот. Однако в последнее время  разрабатываются и импульсные РВ малых высот, хотя метод разделения прямого и отражённого сигналов в антенном тракте значительно осложняют  конструкцию прибора.

       Так же заманчивым представляется использовать фазовый метод. Однако в фазовых  системах точность достигается за счёт неоднозначности отсчёта, поэтому  потребуется сложное устройство для устранения неоднозначности. Кроме  этого, большие трудности вызывает устранение прямого прохождения  сигнала от передающей антенны к  приёмной, а прямой сигнал, сравнимый  по интенсивности с отражённым, существенно ухудшает точность прибора.

       Всё сказанное выше заставляет считать  частотные РВ наилучшими средствами, позволяющими с высокой точностью  и в любых метеорологических  условиях измерять истинную высоту полёта самолёта [3]. На основании этого будем производить расчёт РВ с применением непрерывного частотного метода излучения. 

  3 Проектирование структурной  схемы радиовысотомера

 

       Для начала немного разберёмся с принципом  работы частотного дальномера, типичная структурная схема которого представлена на рисунке 3.1. Антенна передатчика  излучает непрерывные колебания  с частотной модуляцией. Принятые и излучаемые колебания подаются в смеситель, на выходе которого образуется разностная частота fр. После усиления колебания с разностной частотой подаются на частотомер[3]. Если время запаздывания много меньше периода модуляции, а разностная частота много больше частоты модуляции то с достаточной точностью справедлива формула

                                                      (3.1) 

         

         Рисунок 3.1 – типичная структурная схема частотного дальномера  

       Итак, принцип работы рассмотрен. Описанная  выше система обладает недостатком, связанным с тем, что некоторые  удалённые участки местности  могут создавать на входе приёмника  более сильный сигнал, чем участки, находящиеся непосредственно под  самолётом. Соответственно измеряемая высота не будет истинной. Этот эффект нельзя скомпенсировать сужением диаграммы  направленности антенны, так как  она должна быть достаточно широкой, чтобы обеспечивать работу при всех изменениях ориентации самолёта. Одно из решений состоит в применении устройства слежения по частоте, ограничивающего  усиление на более высоких частотах в соответствии с изменениями  частоты сигнала, за которым осуществляется слежение[5]. Чтобы поддерживать частоту биений постоянной при изменении высоты полёта, то в соответствии с формулой (3.1) необходимо менять либо девиацию частоты, либо период модуляции. Для изменения девиации требуется боле сложная схема, чем для изменения периода модуляции.

       Основываясь на вышесказанном, выберем высотомер  следящего типа с изменением периода  модуляции и использованием не симметричной пилы в качестве модулируемого напряжения, структурная схема которого представлена в приложении А. Далее перейдём к следующему этапу – это выбор и обоснование технических характеристик функциональной схемы.  

  4 Выбор и обоснование  технических характеристик  функциональной схемы

  4.1 Выбор длины волны.

 

       Одним из важнейших параметров РЛС является длина волны, на которой она работает. Реально никаких ограничений  на диапазоны частот, используемых в радиолокации, не существует. Любое  устройство, которое обнаруживает цели и определяет их место положения  путём излучения электромагнитной энергии и приёма эхо сигналов, рассеянных целью, можно рассматривать как РЛС, вне зависимости от частоты, на которой она работает. РЛС использует сигналы с длинами волн от 100м (короткие волны) и боее до 10^-7м (ультра фиолетовые волны) и менее. Основные принципы функционирования РЛС одинаковы для любых частот, однако конкретные схемы РЛС разных частотных диапазонов могут сильно отличаться [6].

       При выборе длины волны для радиовысотомера обычно следует учитывать характер отражения от поверхностей, которые будут облучаться, а так же то, что длина волны и ширина диаграммы направленности определяют геометрические размеры антенны, а поскольку антенна будет установлена на самолёте, то её габариты ограничены.

       Известно, что волны различной длины, чувствительны  к различным элементам земной поверхности[6]. По заданию у нас ни чего не сказано об облучаемой поверхности. По этому, учитывая  то, что реальные высотомеры работают на частотах: РВ-20 – 4.3 ГГц[7] , ALA-51A – 4.87 ГГц [5] примем частоту равную f = 4ГГц. Тогда длина волны равна:

              

                  см 

       Как отмечалось выше длина волны и  ширина диаграммы направленности (ДН) определяют геометрические размеры  антенны. Формула связи этих величин  имеет вид: 

        ;

             где q_0.5 – ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности, d_a –размер раскрыва антенны в соответствующей плоскости.

             Тогда размер антенны  будет равен: 

                                          (4.1.1) 

       Теперь  задачей является определение ширины ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

       Диаграмма направленности, в частности по мощности, представляет собой зависимость  мощности, проходящей через единичную  площадь или в единичном пространственном угле, от угловых координат в пространстве[8].

       Одним из основных требований к РВ является сохранение точности измерения при  различных эволюциях ЛА. Возникающие  при этом погрешности измерения высоты можно устранить за счёт гиростабилизации антенной системы РВ. Такой способ, однако, дорог и используется редко. Обычно для уменьшения возникающих из за кренов ЛА погрешностей применяют широкие диаграммы направленности, что приводит к расширению частотного спектра отражённых от подстилающей поверхности сигналов и усложнению их обработки. По заданию максимальный угол крена самолёта не более 10⁰. При таких угле ширина ДН должна быть как минимум в два раза больше этих углов. Обычно берётся ещё запас примерно 5⁰, тогда ширина ДН будет определяться по следующей формуле: