Принцип дії за структурною схемою і основні співвідношення радіовисотомірів з подвійною частотою модуляції

Групове заняття №2з навчальної дисципліни

,, Бортові радіонавігаційні системи авіаційних комплексів.”

 

Тема 4.1.1 Частотні радіонавігаційні пристрої та системи.

Заняття 5: Частотні радіовисотоміри малих висот.

Навчальний потік - студенти.

Час: 90 хвилин.

Місце_____

Навчальна та виховна мета: вивчити принцип дії за структурною схемою і ос

новні співідношення радіовисотомірів з подвійною частотною модуляцією,

новні похибки частотних радіовисотомірів.

Навчальні питання і розподіл часу:

Вступ 5хв

1.Принцип дії за структурною схемою і основні співвідношення

радіовисотомірів з подвійною частотною модуляцією. 45 хв

 

2.Основні похибки частотних радіовисотомірів 35 хв

Висновки та відповіді на питання 5 хв

 

Навчально-матеріальне забезпечення:

1. Функціональна схема РВ-4

2. Слайди

 

Навчальна література:

1.М.С. Ярлыков, В.А. Болдин, А.С. Богачев Авиационные радионавигационные устройства и системы – ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1980, с. 172-174

2. Комин Г.М., А.И. Буевич, А.Ю. Троицкий Авиационные радионавигационные устройства. Вып. І. «Частотные радиовысотомеры», Рига РВВАИУ, 1971, с. 12-21.

 

 

Харків 201

Вступ

 

Радіовисотоміри з частотною модуляцією належать до радіонавігаційних вимірювачів без відповідача. В них використовується частотний метод вимірювання дальності. Радіовисотоміри з частотною модуляцією найшли широке застосування в навігації на малих висотах, тому їх називають радіовисотомірами малих висот. В складі пілотажно-навігаційного комплексу (ПНК) РВ малих висот використовується для вирішення різних навігаційних задач, зокрема, вони формують сигнали звукової та світлової сигналізації при досягненні “небезпечної” висоти, яка виставляється датчиком попередньо, видають інформацію про істинну висоту польоту літака при заході на посадку. Крім того, дані про істину висоту польоту використовуються в процесі польоту на малих та гранично малих висотах, при вирішенні задач бомбардування в складних метеорологічних умовах.

 

Принцип дії за структурною схемою і основні співвідношення радіовисотомірів з подвійною частотою модуляції

 

Наявність методичної похибки є одним з суттєвих недоліків частотного радіовисотоміра. Її величина особливо велика при вимірюванні висот, відповідних етапам приземлення ЛА. Ця обставина затрудняє використання частотного радіовисотоміра в автоматизованих системах посадки.

З виразу (Δ f – девіація частоти) витікає, що для зниження методичної похибки необхідно збільшувати Δ f, але таке збільшення приводить до:

- підвищення паразитної амплітудної модуляції;

- збільшення смуги пропускання приймача.

В частотних радіовисотомірах для зменшення Δ Н використовується два метода:

- радіовисотомір з змінною середньою частотою;

- радіовисотомір з змінною девіацією частоти.

Широке розповсюдження в частотних ВР з подвійною частотною модуляцією (ЧМ) знайшов метод з змінною девіацією частоти.

Ідея зменшення методичної похибки ґрунтується з наступних міркувань.

Кількість нульових переходів, відповідних заданої висоті, можливо збільшити, якщо збільшити частоту модуляції, але час, протягом якого виконується їх підрахунок, залишається без зміни. Якщо підвищення частоти модуляції відбулось в n разів, тоді і кількість переходів збільшиться в n разів. В цьому випадку кількість інформації про висоту, відповідна одному переходу, зменшиться n разів. Але величина Δ Н в вимірюванні висоти не змінюється. Причина цього заключається в тому, що при підрахуванні нульових переходів за n періодів частоти моделюючої наруги зміні висоти на ± Δ Н буде відповідати одночасне з’явлення (зникнення) n переходів.

Зменшити Δ Н можливо, якщо ці n переходів виникають, чи пропадають неодночасно. Для цього необхідно, щоб фаза коливань частот биття мала додаткову зміну в часу. При цьому можливо створювати таку часову залежність, при якій максимальні значення фази протягом часу, рівного періоду рахунку нульових переходів, розташовується на різних відданнях від рівнів, кратних непарному числу π / 2. В цьому випадку вказані вище n переходів при зміні висоти на величину ± Δ Н будуть виникати не одночасно, а послідовно. А це означає, що Δ Н в вимірюванні висоти буде зменшена.

Для реалізації даної ідеї модуляція частоти передавача радіовисотоміра здійснюється коливаннями двох частот Ω_м и Ω_м1, при чому Ω_м1 > Ω_м. Підрахунок нульових переходів проводиться протягом часу, рівного періоду меншої частоти.

Розглянемо принцип побудови та основні співвідношення частотного радіовисотоміра з змінною девіацією частоти.

Передавач РВ випромінює коливання, які модульовані за частотою з девіацією ± ω ₁, частотною модуляцією Ω_м1 та амплітудою δω ₁.

На графіку (рис.1) показана зміна частоти коливань, які випромінюються передавачем при гармонічному законі модулюючих напруг.

Аналітичний запис коливань, частота яких змінюється в відповідності з графіком (рис.1) має вигляд

, (1)

де ; (2)

.

Відбиті від поверхні землі коливання на вході балансного змішувача будуть запізнюватися відносно випромінюваних коливань на час τ:

 

, (3)

Де

. (4)

З виходу балансного змішувача частотного РВ отримаємо напругу частоти биття

, (5)

де .

 

 

 

 

 

 

Рис. 1

 

З урахуванням виразів (2) і (4) можливо записати

(6)

де .

Вважаючи, що виконуються умови

; ; ,

та замінюючи синус малого кута на його кут, отримаємо

(7)

Як бачимо з виразу (7), фаза коливань частоти биття змінюється за часом по закону 3-х гармонічних коливань з частотами .

Замінюючи в виразі (7) отримаємо

(8)

Визначимо кількість перетинань рівнів, кратних непарному числу π / 2, за час, який дорівнює 1 / 4 переходів частоти Ω_м.

Позначимо кількість переходів через К ₁, знайдемо це значення (К ₁) з виразу (величина К ₁ буде складатися з суми переходів, які обумовлені зміною фази з частотами Ω_м та n ·Ω_м)

(9)

З виразу (9) знаходимо значення К ₁

, (10)

де .

Кількість облікових переходів позначимо через К, тоді отримаємо

.

Частоту биття визначимо згідно виразу

. (11)

Замінюючи в (11) та вирішуючи отримане рівняння відносно Н знаходимо, що

. (12)

Звідки витікає, що Δ Н виміру висоти частотним радіовисотоміром з змінною девіацією, знаходиться

. (13)

Якщо m << n, .

Таким чином, методична похибка при вимірі висоти зменшиться в n разів по відношенню до висотоміра, якій використовує одну частоту модуляції.