Цифровой частотно-модулированный высотомер

 

Союэ Советских

Соцмелистичеснмх

Реслублнк о и и-в:жн -и х

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

<в 717676

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 22.11.77 (21) 2545867/18-09 с присоединением заявки Мв— (23) Приоритет (51)М. Кл.

6 01 S 9/24

Ьаудлретвекньй кенктет

СССР

10 делам нэееретенкк и етхрыткЯ (>3) У,д, К 621.396.96 (088.8) Опубликовано 25.02.80. Бюллетень М 1

Дата опубликования описания 28,02.80 (72) Автор изобретения

В. А. Башлачев (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТНΠ— МОДУЛИРОВАННЫЙ ВЫСОТОМЕР

Изобретение относится к радиолокации;

Известен цифровой частотно-модулированный высотомер, работающий по принципу выделения и обработки разностной частоты между прямым сигналом передатчика, непрерывно излучаемым в направлении к земной поверхности, и отраженным от земли эхо-сигналом t1 J.

Недостатком такого высотомера является широкополосность приемника, что снижает чувствительность и помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является цифровой частотно-модулированный .высотомер, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель раэностной частоты и счетчик-вычислитель, последовательно соединенные блок переключения направления перестройки передатчика, модулятор, передатчик и передающую антенну, при этом второй и третий выходы передатчика соединены соотве1ственно с вторым входом. смесителя и первым входом блока выделения измерительного интервала полосы модуляции, второй вход которого соединен с первым выходом гейератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блока вьщеления измерительного интервала полосы модуляции соединены соответственно с третьим и вторым входами счет5 чика-вычислителя (2) .

Однако в известном высотомере вследствие неизменности скорости перестройки передат чика, разностная частота отраженного от земли сигнала на максимальной и минимальной рабочих высотах отличается в несколько сотен раз. Для обеспечения работы такого высотомера требуется широкополосный приемник с полосой пропускания несколько сотен килогерц, что снижает чувствительность высотомера из-эа воздействия внутренних шумов и внешних помех.

Цель изобретения — увеличение чувствительности.

Для этого в цифровой частотно-модулированный высотомер, содержащий последователь но соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель раэностной частоты и счетчик-вычислитель, последовательно соединенные блок

17676" 4 г го

35

-40

55

3 7 переключения направления перестройки пере датчика, модулятор, передатчик и передающую антенну, при этом второй и третий выходы передатчика соединены соответственно с вторым входом смесителя и первым входом блока выделения измерительного интервала полосы модуляции, второй вход которого соединен с первым "выходом генератора тактовых HMIDJJIb. сов, второй выход которого и выход блока вьщелеиия измерительного интервала полосы модуляций соединены соответственно с третьим и вторым входами счетчика-вычислителя, вве дены источник опорного аналогового сигнала и блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, аналоговый вы- 1

"xog которого соединен с управляющим входом модулятора, первый, второй, аналоговый и цифровой входы блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика соединены соответственно с третьим выходом гейератора "тактовых ньщульсов, вйходом усилителя разностной частоты, выходом источ ника опорного аналогового сигнала н пер"- " вым кодовым выходом счетчика-вычислителя, второй кодовый выход которого соединен с г5 вторым входом усилителя разностной частоты, а блок цифрового уйравлййи скороСтью перестройки частоты переда1чика содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый декодирующий преобразователь и второй декодирующий преобразователь, цифровой релейный элемент, выходы которого сое : пйньгс- тактовьпии и унравляющими вхо""дами peifep&5aого счетчика, при этом" выход второго декодирующего преобразователя является аналоговым выходом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, а первый н второй входы цифро вого релейного элемента, аналоговый вход первого декодирующего преобразователя и циф ровой вход второго декодирующего преобразователя являются соответственно первым, вторым, аналоговым и цифровым вхбдамя блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного высотомера; на фиг.. 2 — вариант реализации блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика; на фиг. 3, 4 — временные Я диаграммы поясняющие работу высотомера.

Высотомер (фиг. 1) содержит модулятор

1, передатчик 2, передающую антенну 3, при емную антенну 4„смеситель 5, усилитель 6 разностной частоты, блок 7-вьщелення из"- меря тельного интервала полосы модуляции, блок 8 переключения направления перестрой ки передатчика, счетчик-вычислитель 9, генератор 10 тактовых импульсову блок 1 ) цйф рового управления скоростью перестройки частоты передатчика и источник 12 опорного аналогового сигнала. Блок 11 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчике (фиг, 2) содержит первый декодирующий преобразователь 13, цифровой релейный элемент 14, реверсивньй счетчик 15 и второй декодирующий преобразователь 16.

Высотомер работает следующим образом.

При перестройке модулятором 1 частоты передатчика 2 (фиг, За) смеситель 5 вьщеляат разностную частоту между сигналом, который непосредственно поступает от передатчика 2 и сигналом, который проходйт путь: передатчик 2 — передающая антенна 3— земная поверхность — приемная антенна 4— смеситель 5. Сигнал разностной частоты от смесителя 5 усиливается в усилителе 6 и подается на счетчик-вычислитель 9 для вычисления приращения фазы раэностной частоты на заданном числе измерительных интервалов и на цифровой репейный элемент 14 для сравнения с опорной тактовой частотой. В общем случае счетчик-вычислитель 9 может вычислять приращения фазы на любом целом числе измерительных интервалов, исходя из особенкостей построения радновысотомера и с любой степенью точности, определяемой тактовой частотой.

На фиг. 3 показан процесс счета и обновления информации на двух измерительных интервалах, то есть на одном периоде модуляции. Для обеспечения циклической работы на счетчик-вычислитель 9 и блок 8 переключения направления перестройки передатчика пода)отея п ропизирующие сигналы от блока

7 выделения измерительного интервала полосы модуляции. Гак, в момент t» когда при перестройке, вниз частота передатчика 2 достигнет нижней границы fm< измерительного интервала (фиг. За), блок 7 выдает сигнал запрета (фиг. Зб),в счетчик-вычислитель 9, чем останавливает дальнейшйй счет. Кроме того, в момент t> блок 7 выдает сигнал в блок 8 переключения направления перестройки.передатчика, которое с небольшой задержкой, определяемой тактовой частотой, в момент

t> вьщает в модулятор 1 сигнал на переключение направления хода перестройки. В. промежутке мехду t> и t> блок 7 вьщает в счетчик-вычислитель 9 импульс разрешения записи (фиг. Зв), по которому в память счетчика-вычислителя 9 записывается число Й„„(фиг. Зе), сосчитанное счетчиком

7676

me Адд, — 1

К О

+ \

ГДЕ 1;--", а!

Го

5 71 вычислителем 9 на предыдущем цикле счета 1 (nT-T) и импульс установки "О", который устанавливает счетчик в начальное состояние (фиг, Зг). В момент t3, когда частота передатчика 2 снова достигнет нижней границы

fm измерительного интервала, но уже при перестройке снизу вверх, блок 7. выделения измерительного интервала снимает сигнал запрета (фиг. Зв). В момент t4, когда частота передатчика 2 достигнет верхней границы Фп1 измерительного интервала И4, блок

7 снова выдает сигнал запрета в счетчиквычислитель 9, а в момент t -сигнал в блок 8 для изменения направления перестройки частоты передатчика. В момент te частота передатчика 2 достигает верхней границы 1п, измерительного интервала, . блок 7 снимает сигнал запрета (фиг. Зб).

Счетчик-вычислитель 9 в момент te ttpo. должает счет с того положения; в котором

4 остановился в моМент t4. В момент 4. коГ-, да частота передатчика 2 достигает нвкйей границы 1„п измерительного интервала, блок

1.

Г

7 снова останавливает счетчик-вычислитель 9, . выдает сигнал разрешения (фиг. Зв) на за- пись информации йс.1 в счетчике- вычислителе 9 (фиг. Зж) для обновления числа паМяти и производит установку счетчика в исходйое состояние. Лалее процесс сброса счета и обновления информации повторяется. 1ак как цифровь1е схемы обладают" ыюкиы быстродействием, то длительность иите йла времени от t> до,, от t4 до t5 И 1ак далее может . быть сделана во Mal pa3 меньше, чем длительность периода частоты . биений. Это позволяет, в принципе, обойтись . без формирования сигнала запрета, если измерительный интервал полосы модуляцди

И4 может быть сделан равным всей олоае модуляции от fmin до fmax. г

-- аналоговый сигнал на выходе второго декбдирующего преоб. разователя;

N<<(nT-Т)- результат вычислений счетчика5 вычислителя на предыдущем периоде Измерения; и — порядковый номер периода измерения Т., Сигнал разностной частоты f сравнивает-

1о ся в цифровом релейном элементе 14 с опорной тактовой частотой. На фиг. 4 показан процесс сравнения и управления при характеристике релейного элемента, удовлетворяющей условию:

15 при Т >T+X

ПРи Tî Xî Т„,» Tо+Х (2)

Ф пРи о-Х <тР— средняя частота полосы пропускания усили. теля 6;

Тр — период разностной час25 тоты;

2ХΠ— зона нечувствительности цифрового релейного элемента.

До момента t> (фиг. 4а) период разностЗо . ной частоты находится в зоне нечувствительности, при этом сигнал на выходе цифрового релейного элемента 14 отсутствует (фиг. 4б).

При отклонении периода разностной частоты выше зоны нечувствительности от момента

t, до т„вследствие какого-либо возмущающего или дестабилизирующего фактора, например, ухода опорного аналогового сигнала или параметров модуляции из-за изменения окружающей температуры, цифровой релейный элемент 14 выдает на реверсивный счетчик 15 сигналы на вычитание, уменьшающие

его число Мр„(фиг. 4в).

Для повышения чувствительности и помехозашищенности радиовысотомера за счет узкополосного приема необходимо обеспечить, чтобы при изменении высоты разностная частота находилась в полосе пропускания узкополосного усилителя 6. Это обеспечивается тем, что с высотой скорость перестройки частота передатчика изменяется в зависимости от числа на выходе счетчика-вычислителя 9.

Код счетчика-вычислителя 9 подается на пер- вый декодирующий преобразователь 13, выходной сигнал которого Л „,, 1 фиг. 4г) удовлетворяет следующему усйовию:

-д"

И 1 лт- T) Рс 1 Np ñ(< (я 1) те 1 э (3) 50 где 14 „.(tÄ)- число в реверсивном счетчике до момента t,;

N,(t ) — число в реверсивном счетчике после момента tz, à — тактовая частота, поступающая

П Р на вход цифрового релейного элемента.

Реверсивный счетчик 15 управляет вторым

55 декодирующим преобразователем 16 по прямопропорциональному закону. дк „= A о N Рс (4) 717676

° Ао : с

bf Ñ п1 (12) t0 или, обозначая (13) Н(иТ)= Н(иТ-Т)+ НТ, 7 где А — опорный аналоговый сигнал от источника 12.

Аналогично, s. течение времени tq-tq, ког.да период раэностной частоты находится в зоне нечувствительности, сигнал на выходе второго декодирующего преобразователя 16 не меняется. В течение времени Q — tz, когда гериод разностной частоты становится ниже зоны нечувствительности, на реверсив. ный счетчик 15 выдаются импульсы на сложение, и выходной сигнал второго декодирующего преобразователя 16 увеличивается, Скорость перестройки частоты передатчика

2 на текущем периоде измерения (nT) вна ра феъТ) = К Адксе, (5) где К „— постоянный коэффнцент модулятора.

Или с учетом (1) и (5) („T) o" 6 " и (11т-т)

Разностная частота Fp на выходе усилителя 6 в текущий период измерения равна

„. 3(„т). а н(рт) (7) где A (n T) — высота полета в текущий пери- з од измерения. Или с учетом (6) Так как в предложенном радиовысотомере результат вычисления счетчика-вычислителя

9 не зависит от, то есть °

N 1гАТ - Г) = т 2Н (пТ- Т) (9)

Л 1.4 с где С вЂ” скорость света;

m — постоянный коэффициент, зависящий от числа измерительных интервалов в периоде измерения и частоты тактовых импульсов (для фиг.З rn =.2);

H(nT — Т) — высота полета в предыдущий период измерения, то

А оп К®.ИРс Н Т)

l+T T) (1P) Соотношения H(nT) и H(nT-Т) связаны зависимостью где H — скорость изменения высоты, 15

8

Для предложенного радиовысотомера даже при скорости изменения высоты в несколько сотен метров в секунду Н(пТ) отличается от

Н(пТ-T) не более чем на 2 — 3%. Поэтому выражение (10) может быль приведено к виду

К Ап

hg СЩ а

Р о 1 1Ро из анализа F> Ко N (2), (3) и (13) видно, что при наличии возмущений или дру.гих дестабилизирующих факторов при увеличении (уменьшении) разностной частоты за зону нечувствительности контур обратной связи, замыкающийся через пространство, стремится уменьшить (увеличить) частоту, то. есть увеличивает устойчивость радиовысотомера.

В частном - случае второй декодирующий преобразователь 16 может быть включен между модулятором 1 и первым декодирующим преобразователем 13, который в этом случае подключается к источнику аналогового сигнала (не показан). Процессы управления при этом не изменяются

Применение предложенного цифрового ЧМ радиовысотомера позволяет по сравнению с известным существенно повысить чувствитель ность. Так в нем реализуется, узкополосный прием при,полосе пропускакня приемнйка менее 10 кГц, в то время как для работы известного высотомера при том же диапазоне высот требуется приемник с полосой пропускания до 300 кГц (частота модуляции

300 Гц, полоса модуляции 100 МГц, диапа.зон,высот 1000 м) .

Формула изобретения

1.Цифровой частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель разностной частоты и счетчик-вычислитель, последовательно соединенные блок переключения направления перестройки йередатчика, модулятор, передатчик и передающую антенну, при этом второй и третий выходы передатчика соединены соответственно с вторым входом смесителя и первым входом блока выделения измерительного интервала полосы модуля цни, второй вход которого соединен с первым выходоМ генератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блока выде9 7176 ления измерительного интервала полосы модуляции соединены соответственно с третьим и вторым входами счетчика-вычислителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, введены источник опорного аналогового сигнала и блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, аналоговый выход которого соединен с управляющим входом модулятора, первый, второй, аналоговый и цифровой вхо- <о ды блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика соединены соответственно с третьим выходом генератора тактовых импульсов, вь1ходом усилителя разностной частоты, выходом источника опор- 15 ного аналогового сигнала и первым кодовым, выходом счетчика-вычислителя, второй кодо- вый выход которого соединен с вторым входом усилителя разностной частоты.

2. Цифровой частотно-модулированный вы- гп сотомер по п. 1, отличающийся тем, что блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика содержит по76 10 следовательно соединенные реверсивный счетчик

I первый декодирующий преобразователь и второй декодирующий преобразователь, цифровой релейный элемент, выходы которого соединены с тактовыми и управляющими входами реверсивного счетчика, при этом выход второго декодирующего преобразователя является аналоговым выходом блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, а первый и второй входы цифрового релейного элемента, аналоговый вход первого декодирующего преобразователя и цифровой вход второго декодирующего преобразователя являются соответственно nepasw вторым, аналоговым и цифровым входами

Р блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент США Р 3968492, кл. 343 — 14, 1976, 2. Патент Англии N 1207565, кл. Н 4 О, 1970 (прототип).. 7!7676

4Ье.4

Составитель Е. Погнблов

Техред Н.Ковалева Корректор M. Лемчйк

Редактор Л. Гельфман

Тираж 649 Подписное

- ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9834/62

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4