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调频无线电高度表体制分析

调频无线电高度表体制分析

1概述

无线电高度表能在各种气候条件下精确测量飞行体离地或海面的实际高度，它广泛应用航空、航天等领域。如飞机的进场着陆时提供实时高度，军用飞机对地轰炸攻击、导弹超低空飞行、巡航弹的地形匹配等等都需无线电高度表提供飞行体离地精确高度，因此无线电高度表是飞机及各种飞行器必不可少的电子设备。

无线电高度表根据发射信号的调制不同，一般可分为脉冲体制、调相体制和调频连续波体制。调相体制由于线路复杂，国内外已很少应用，应用较多的是脉冲体制和调频连续波体制两种。这两种体制如果没计得好都能达到很好的测高精度和测高范围，但相比之下连续波调频体制较脉冲体制有线路简单，易实现、可靠性高，体积、重量小、抗干扰能力强等一系列优点，因此随着调频体制理论的不断完善，目前国内外应用的无线电高度表绝大部分采用连续波调频体制。

调频体制无线电高度表一般由接收发射机、发射天线、接收天线、发射电缆、接收电缆和高度指示器（高度显示器）组成。调频体制无线电高度表原理方框图如图1.所示：

调频无线电高度表发射机是一个调频振荡器，它受调制器调制，产生连续波调频信号。调制形式可以是三角波调制、锯齿波调制或正弦波调制。前两种是线性调频，后者是非线性调频。发射机输出调频信号如图2所示（为说明方便这儿把发射信号简化成单一频谱信号虑）。图中?F为调频信号的最大频率与最小频率之差，称为调频频偏；τ为电波从发射天线至地面再反射回到接收天线所产生的延迟时间，τ=2H/C（C为无线电波在空中传播速度，H为飞行器高度）；ｆb为差拍信号，它是某一时刻发射信号频率（直达信号频率）与回波信号频率之差；Tm为调制周期。

度

发射电缆接收电缆

发射天线接收天线

图1无线电高度表原理方框图

ｆ

F

Tm

（图中实线为发射信号，虚线为回波信号）

图2发射信号、回波信号示意图

发射机输出信号的大部分能量通过发射电缆馈送给发射天线向地面发射，另外，

通过耦合

器耦合出一小部分能量（也称直达信号）输给混频器作为本振信号，这儿要指出

的是直达信

号除能量大小之外其余性质与发射信号完全相同，利用几何学中三角形相似原理

我们可以得到以下比例式：

F

Tfmb?=2τ

把τ=2H/C代入上式经整理得到：

H=F

TCfmb?4(1)

此公式为调频无线电高度表基本测高公式。当无线电高度表内部电路中Tm

和?F恒定时，计算电路只要测出差拍信号的频率则可得到飞机离地高度值。此

高度值除了输给其它需要高度数据的其它机载电子设备外，它同时还输给安装在

驾驶舱仪表板上的高度指示器，供飞行员观察飞机高度。此类无线电高度表由于

调制周期为恒定值，所以称为恒定调制周期体制无线电高度表。

混频器输出的差拍信号是非常微弱的，它必须经过差拍信号放大器放大

后才给计算电路。回波信号随高度增加按-6dB/倍频程的规律而减小，所以差拍

信号放大器的放大量应按频率增加（相当于高度增加）而增大。

上面的分析中，为了说明问题方便，我们把调频发射信号简化成单一频

谱信号，其实并不然。例如正弦调频信号（三角波或锯齿波可分解成各次谐波的

正弦信号），它的数学表达式为

e=εsin（ttmm

ΩΩ?+sin0ωω）…………………（2）式中：?----发射信号中心角频率，它等于2πfＯ

----调频带宽，它等于2π?f或π?F

Ωm----调制角频率

将此表示式用贝塞尔函数展开，则可看到它是一个离散频谱，但利用基本测高公

式来计算被测高度除了特定情况以外（如很低高度），它还是精确有效的。

二无线电高度表调频体制分析

公式（2.22）是调频体制无线电高度表的基本测高公式，从中可看到高度H

是Tｍ、ｆｈ和△F的三元函数，H=Ф（Tｍ、ｆｂ、ΔF）。为使计算高度方便，

在无线电高度表设计时往往把此三项参数中有两项选为恒定，那末第三项参数就

是高度的单一函数。根据恒定参数选择的不同就产生了各种不同体制的无线电高

度表，通常有恒定调制周期体制无线电高度表、恒定差拍频率体制无线电高度表、

以及派生的恒定调频速率体制无线电高度表和延迟率恒定体制无线电高度表。由

于这些体制共同特点是设计时把其中其几项参数设为恒定，因此通称为“恒定体

制”无线电高度表。随着调频理论的发展最近出现一种与此相反的“非恒定体制”

无线电高度表，顾名思义就是三项参数均不再恒定。

１恒定调制周期体制

恒定调制周期体制也称恒定调制频率体制，此体制除了调频频偏保持恒定外，

还把调制周期（调制频率）保持恒定。这时公式（1）可改写成

H=A.ｆｂ(3)

式中A=F

CTm?4，当恒定后系数A为常数，公式（3）为一元线性函数。根据此公式，