第十章--无线电高度表

本章学习要点①理解无线电高度表组成与工作概况；②理解测高的原理；③了解典型的无线电高度表；课时分配2学时第十章无线电高度表本章主要内容第一节组成与工作概况第二节测高原理第三节典型的无线电高度表一、系统的功用无线电高度表是现代飞机多种电子设备中的一种，用来测量飞机离开地面的实际高度，提供预定高度或决断高度（DH）声音和灯光信号，它是在进近和着陆过程中保证飞行安全的重要设备。利用无线电高度表可以在复杂的气象条件下飞行，穿云下降，以及在能见度很低的情况下着陆等。还可以同其他导航设备，如仪表着陆系统（ILS）配合完成仪表着陆任务；或同自动着陆系统（ALS系统）配合工作，完成或类《国际民航组织规定的着陆条件》条件下的全自动着陆。第一节组成与工作概况二、系统的组成组成:通常包括收发机、指示器和收发天线。有些老式无线电高度表还有预定高度给定器、滤波器和专用的电源等。现代飞机典型无线电高度表系统的组成，见下图。现代飞机上的无线电高度表的工作范围通常是0-762m(o一2500ft)或0—600m，称为低高度无线电高度表(LRRA)，也有大于0一762m的，但其有效工作范围还是在低高度范围内，因为它主要用于飞机的进近和着陆。并且要求其输出的高度信息有高度的准确性，以便为自动驾驶仪或自动着陆系统使用。（一）收发机高频部分:收发机的高频部分产生高频振荡信号和处理由地面返回的信号以产生高度信息。高频部分也包括监控部分，以便监视送到指示电路去的高度信息的有效性和准确性。发射部分:发射部分包括超高频振荡器、调制器和发射调频等幅信号的发射机。接收部分:接收部分包括接收返回信号的接收电路、滤波放大电路和确定返回信号频率的计算电路。（二）低高度无线电高度表指示器高度指示器指示飞机离地面的高度，以便驾驶员在近进着陆过程中提供高度信息，下图分别为指示器为移动垂直刻度的和圆形指针式高度指示器。指示器是一个模拟式仪表，也可以是一个数字式仪表。指示器中又把模拟信号或数字信号变为供驾驶员目视显示的线路，也包括有显示决断高度（DH）和失效警告旗线路。（三）接收天线和发射天线无线电高度表系统工作时需要二部天线。一部用于发射，一部用于接收。工作于4300MHz时采用喇叭天线，工作于444MHz时采用半波偶极子天线，它们一般固定于机身腹部或水平安定面下部。三、无线电高度表的工作原理作用原理:无线电高度表是利用无线电波从飞机到地面，再由地面返回飞机，测量其所经历的时间而工作的。因为无线电波传播的速度是已知的，所以无线电波在某一时间所经过的距离是可以计算的。作用原理如下图所示。计算原理:为了测量无线电波经历的时间，无线电高度表将等幅波调频在一个固定频率上，其原理如下图所示,在时刻，发射机发射一个频率为的信号，此信号向下发射到地面，并在时刻返回而被接收，设在时刻所接收的返回信号频率为。因为调制频率是固定的，所以在此时间内频率增加(或减少)，也就是电波经历了至地面和返回的时间，这个时间差就相当于频率变化(即产生差频＝-)的时间,无线电高度表计算出这个频率的变化，并产生一个模拟信号或数字信号，这就代表了飞机离开地面的高度。1t1f2t2t2f2f1f无线电高度表收发机主要完成以下三项任务：发射一个调频等幅(FMCW)信号；接收反射回来的信号；从接收和发射信号中找出不同频率，确定高度。收发机产生一个频率从4250—4350MHz的调频于100Hz的调频等幅波，如下图。频率从4250—4350MHz所需发射的时间约为0．005s，在这段时间内，有足够的时间用于无线电高度表系统。无线电波传播的速度是光的速度，在这段时间内将覆盖1498km，也就是808nmile．所以，无线电高度表将指示0—2500ft(0—762m)，足以在0．005s内，在一个地区高度上计算几百次。四、工作概况振荡器:产生等幅信号，并调频于100Hz低频。耦合器:耦合器用来在发射信号中取样。取样的发射信号加于频率译码器上，并与接收信号比较以确定高度。从耦合器出来的调频等幅信号，在加于发射天线之前须经过隔离器。隔离器的作用是防止从天线泄漏回来的高频信号进入发射线路。跟踪滤波器:允许预定的信号通过，滤去不需要的信号，以防止在处理过程中那些多于一次的反射信号。频率译码电路:可以是一个频率计数器和比较线路，用来确定接收信号和发射信号间的不同频率；也可能是一个微处理器线路，以便从不同频率中计算高度，另一方面，计算后的高度信号加于高度变换线路，以便将高度变换成相应的模拟信号或数字信号。并适当地补偿了剩余高度(AID)之后，将高度信息输出并加于相应的仪表或飞机系统中去。剩余高度：剩余高度是根据不同飞机的安装情况选定的，见下图，它要求无线电高度表在飞机接地时读数为0，所以，高度信号加于指示器之前，必须将起落架与地面存在的距离补偿掉，以及在安装过程中，由于同轴电缆的长度引起的高度误差，也必须在选定剩余高度时给予补偿。剩余高度(AID)表示了飞机加载之前起落架的高度。剩余高度是在模拟信号加于指示器之前在收发机的计算线路中自动减去的(指某些先进的无线电高度表系统)。数字高度信息：数字高度信号是一个32位的数据字，它提供的高度信息是以二-十进制编码(BCD)（二进制编码的十进制）或BNR二进制编码形式输至指示器的。这两种形式的“位”（Bit）的规定，由下图说明。决断高度（DH）:收发机的输出电压也用于触发其他线路，模拟高度信号还不断地与高度预先调定的跳闸点相比较。这个跳闸点可用来开启“系上安全带”信号或飞机下降时到达某个预定高度时向驾驶员提出告示信号。高度跳闸点也可以由指示器上的决断高度(DH)灯来显示。决断高度(DH)和最低决断高度(MDA)是由驾驶员选定的。在收发机里调定时相对于高度跳闸点。决断高度对驾驶员来说是很有价值的高度。因为驾驶员可以用这个点作为着陆程序的起点或下降时检查下降点的高度。五、气压高度和无线电高度相同点：气压高度表和无线电高度表都是用来测量某种航空器本身离地面的高度。某一航空器到达某一基准平面的垂直距离，这就是飞行高度。通常以m为单位，但在英美制的飞机上还使用ft为单位。不同点：无线电高度表测量高度是以无线电波在空气中的传输为媒介的，它不受大气条件变化的影响；而气压高度表测量的高度是以大气压力为媒介的，由于覆盖地面的大气层容易受大气条件(如压力、温度和湿度等)的影响，所以气压是经常变化的，如使用气压测定高度，必须经过修正才能使用。无线电高度表确定的零高度，是以飞行的飞机向下垂直于地平面为基准的零高度；而气压高度表则往往以海平面为基准的零高度，如下图中，气压高度表指示5590m(18000ft)；而无线电高度表指示则为762m(2500ft)。气压高度表的气压是按照测定的标准大气(空气的压力、密度和温度经计算后获得的)确定的，它表示了在标准大气条件下的海平面高度(气温为+150时为760mmHg，即29.2inHg)。所有飞机的气压高度表都必须校正在这个标准基准上。在5590m高度上，校正高度信息的主要目的，在于保证在同一地区，区分飞机与飞机间的垂直距离，见下图。在5590m以下的高度上，驾驶员可以利用气压高度表，以确定某一地区的飞行高度，如果需要在某个机场着陆或起飞，驾驶员就必须将他的高度表的气压刻度调定在该机场的场面气压上。机场平面的海拔高度(标高)可以在飞行地图上找到。由此可见，在不同情况下飞行，需要知道几种不同含义的高度:真实高度或实际高度:无线电高度是指以地平面为基准的高度，称为真实高度或实际高度；气压高度在标准大气条件下，有几种通用的高度:绝对高度:以海平面为基准的高度，称为绝对高度，在巡航时使用；相对高度:以机场平面为基准的高度，称为相对高度，在着陆起飞时使用；真实高度:以飞机正下方地平面为基准的高度，称为真实高度，在飞机进场和着陆时使用。无线电高度表的测高原理由于机件型式不同，有调频等幅式(FMCW)、恒定差频调频等幅式和脉冲(PULSE)式3种，但它们的基本原理是一样的，都是利用无线电波向下发射再从地面反射回来的效应工作的。一、调频式无线电高度表(一)测高原理测高原理:是将高度表的发射频率以一定的规律(固定调制频率)随时间而变化，而发射信号的幅度不变。要确定飞机的飞行高度，就必须测定无线电波从飞机发射到地面，再由地面反射回来所经历的时间t。在时间t内无线电波所经过的距离s，其关系如下:s=ct。(c——无线电波传播的速度)第二节测高原理工作过程：在多数无线电高度表中采用调频方法。它的工作过程是这样的：无线电高度表振荡电路把调频后的振荡信号，通过发射天线发射出去，这个振荡信号通过从飞机到地面，再从地面反射返回到飞机，由接收天线接收。接收的信号(即反射信号)送入平衡检波器(或混频器)。与此同时，在平衡检波器中，通过收发机中的馈线，从振荡器直接输入信号(即直接信号)也加于平衡检波器上。由于振荡器的频率是随时间变化的，而且反射信号的行程大大超过直接信号的行程，所以在平衡检波器中，将输入两种不同频率的信号，一种是反射信号的频率信号，另一种是直接信号的频率信号。由于这两种信号重叠的结果，就获得差拍频率电压。差拍频率()等于直接信号和反射信号的频率之差，其值由下式决定：式中——差拍频率(Hz)；△f——调制频带宽度(Hz)；H——测量高度(m)——调制频率(Hz)；c——无线电波传播速度(km／s)；从公式中可以看出，差拍频率是与飞机飞行高度成正比的。其频率关系见下图。cHfFFMb4bFbFMF(二)作用原理调频等幅式无线电高度表一般由收发机、高度指示器、发射天线、接收天线和预定高度给定器等组成。其作用原理见右图。电路包括发射电路、接收电路、高度计算电路、指示器闭锁电路和预定高度信号电路等。发射电路组成：发射电路是一个调频发射机，由超高频振荡器和调制器组成。超高频振荡器：产生超高频连续的调频信号，其频率变化范围为435.5一452.5MHz，调制频率为70Hz。此信号分两路输出，一路由发射天线发射出去，经地面反射再被接收天线接收，并送入接收放大电路构成反射信号；一路直接输给接收电路作为直接信号。调制器：包括音频振荡器和音频功率放大器，它产生并输出具有一定功率的音频信号去驱动调频电动机，带动超高频振荡器电路中的可变电容器的动片，使其在超高频振荡器的腔体内旋转，完成频率调制作用。接收放大电路组成:接收放大电路由平衡检波器(混频器)和低频放大器组成。平衡检波器:反射信号和直接信号在平衡检波器中混频后，得到差频电压，如前所述，这个差频信号是正比于飞行高度的。低频放大器:差频电压经低频放大器放大后，获得一定的幅度，并加于高度计算电路和高度指示器闭锁电路的输入端。高度计算电路组成:高度计算电路由限幅器、计算器和直流电压放大器等组成。功能:它的任务是将差频电压变成直流电压。由于差频电压的频率是随飞行高度的变化而变化的，所以，高度计算电路输出的直流电压是与飞行高度成正比的。这一电压加到高度指示器时，指示器就可指示出飞机的飞行高度。限幅器：用来对差频电压进行限幅，使计算器计算的结果不受差频电压振幅的影响；计算器：用来将差频的高低变成直流电压的大小；直流电压放大器：用来对计算器输出的直流电压进行放大，并把它变成直流电流，供指示器指示。指示器闭锁电路：高度指示器的闭锁电路用来当反射信号微弱时，即飞行高度超过600m时，用以消除高度指示器的错误指示和预定高度的错误信号。预定电路当飞机的飞行高度降至预定高度转换开关所指的高度(50，100m等)时，预定高度信号电路将发出灯光信号和音响信号。这个电路由两个电压控制：预定高度转换开关来的电压和从直流放大器来的电压相比较，当这两个电压数值相等时，预定高度信号电路的继电器工作，这时在驾驶员的耳机中可以听到3—10s，400Hz间断的音频信号，同时，预定高度的警告灯亮，当飞机在低于预定高度上飞行时，预定高度信号灯一直是燃亮的。三、恒定差频调频式无线电高度（一）恒定差频调频式测