Частотний метод вимірювання висоти

 

За принципом дії радіовисотомір являє собою малопотужну «радіолокаційну станцію», яка працює в режимі безперервного випромінювання.

Передавач утворює високочастотний частотно-модульований сигнал, який за допомогою передавальної антени випромінюється у напрямку землі. Відбитий від землі високочастотний сигнал приймається приймальною антеною і надходить до входу приймача через час затримки t_з від моменту випромінювання сигналу. За цей інтервал часу високочастотний сигнал проходить шлях від літака до землі і назад до літака, тобто шлях, який дорівнює 2 Н_і. Оскільки швидкість поширення радіохвиль відома і стала, то висоту польоту літака можна визначити як Н_і = с t_з / 2.

Величина t_з дуже мала і для її вимірювання в радіовисотомірі використовується частотний метод.

Частотний метод вимірювання висоти полягає у порівнянні частоти сигналу передавача, який випромінюється в даний момент часу, з частотою прийнятого сигналу, тобто сигналу, який був випромінений раніше на час затримки t_з= 2 Н_і / с. Таке порівняння частот виконується у балансному змішувачі приймача радіовисотоміра. У результаті порівняння на виході змішувача утворюється різницева частота f _р = f _ПРД – f _ПРМ. При відповідних умовах утворена частота f _р, пропорційна висоті польоту. Розглянемо виведення співвідношення для F _р як функції висоти польоту F _р = Ф(Н_і).

На рис. 2.31 зображено графік частоти передавача, яка змінюється за лінійним законом.

Діапазон зміни частоти передавача від f _min = 4 200 МГц до f _max = = 4 400 МГц. Утворений передавачем частотно-модульований сигнал має смугу модуляції ∆ f = f _max – f _min = 200 МГц. Позначимо період модуляції Т _м. Нехай у момент часу t = 0 частота передавача дорівнювала f _min.

Оскільки сигнал має частотну модуляцію, то за час затримки τ_з, який пропорційний висоті, частота передавача зміниться і буде дорівнювати f ₁. Тобто до першого входу змішувача буде надходити прийнятий сигнал з частотою f _min, а до другого буде надходити його прямий сигнал від передавача з частотою f ₁ і значення цих частот різні. У будь-який момент часу сигнали на входах змішувача будуть мати різні частоти. Таким чином, на виході змішувача утворюється сигнал з різницевою частотою F _р. Для конкретного моменту часу t = τ_зап = 2 Н_і / с будемо мати F _р = f ₁ – f _min. Позначимо два трикутники ∆ ОСD і ∆ ОАВ. Ці трикутники подібні, оскільки вони прямокутні і мають спільний гострий кут.

 

Рис. 2.31. Графік зміни частоти передавача

 

З подібності трикутників можна записати пропорцію

 

.

 

Сторони трикутників ∆ ОСD та ∆ ОАВ відповідають таким електричним параметрам:

ОD = τ_зап = 2 Н_і / с;

СD = F _р;

ОВ = Т _М /2;

АВ = ∆ f.

У наведеній пропорції замінимо сторони на електричні параметри:

; ; .

 

З останнього виразу знайдемо різницеву частоту

 

,

 

де k _РВ – стала радіовисотоміра.

У радіовисотомірі РВ-5 k _РВ = 200 Гц/м.

Величина k _РВ незмінна, оскільки усі величини, які входять до виразу для неї постійні. Таким чином, різницева частота однозначно визначається через висоту польоту. З виразу для F _р можна визначити висоту

 

.

 

Радіовисотоміри частотного типу мають у своєму складі частотомір (лічильник імпульсів), який вимірює різницеву частоту F _р і утворює постійну напругу висоти U_Н, пропорційну різницевій частоті F _р. Утворена напруга висоти U_Н подається до покажчика для індикації висоти.