無線電高度表課件

本章學習要點,理解無線電高度表組成與工作概況；,理解測高的原理；,了解典型的無線電高度表；,課時分配2學時,第十章 無線電高度表,本章學習要點第十章 無線電高度表,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 組成與工作概況,第二節(jié) 測高原理,第三節(jié) 典型的無線電高度表,本章主要內(nèi)容,一、系統(tǒng)的功用,無線電高度表是現(xiàn)代飛機多種電子設備中的一種，,用來測量飛機離開地面的實際高度，提供預定高度或決斷高度（DH）聲音和燈光信號，它是在進近和著陸過程中保證飛行安全的重要設備利用無線電高度表可以在復雜的氣象條件下飛行，穿云下降，以及在能見度很低的情況下著陸等還可以同其他導航設備，如儀表著陸系統(tǒng)（ILS）配合完成儀表著陸任務；或同自動著陸系統(tǒng)（ALS系統(tǒng)）配合工作，完成或類國際民航組織規(guī)定的著陸條件條件下的全自動著陸第一節(jié),組成與工作概況,一、系統(tǒng)的功用 第一節(jié) 組成與工作概況,二、系統(tǒng)的組成,組成:,通常包括,收發(fā)機、指示器和收發(fā)天線有些老式無線電高度表還有預定高度給定器、濾波器和專用的電源等,現(xiàn)代飛機典型無線電高度表系統(tǒng)的組成，見下圖現(xiàn)代飛機上的無線電高度表的工作范圍通常是0-762m(o一2500ft)或0600m，稱為低高度無線電高度表(LRRA)，也有大于0一762m的，但其有效工作范圍還是在低高度范圍內(nèi)，因為它主要用于飛機的進近和著陸。

并且要求其輸出的高度信息有高度的準確性，以便為自動駕駛儀或自動著陸系統(tǒng)使用二、系統(tǒng)的組成 現(xiàn)代飛機上的無線電高度表的工作范圍通,（一）收發(fā)機,高頻部分:,收發(fā)機的高頻部分產(chǎn)生高頻振蕩信號和處理由地面返回的信號以產(chǎn)生高度信息高頻部分也包括監(jiān)控部分，以便監(jiān)視送到指示電路去的高度信息的有效性和準確性發(fā)射部分:,發(fā)射部分包括超高頻振蕩器、調(diào)制器和發(fā)射調(diào)頻等幅信號的發(fā)射機接收部分:,接收部分包括接收返回信號的接收電路、濾波放大電路和確定返回信號頻率的計算電路一）收發(fā)機,（二）低高度無線電高度表指示器,高度指示器指示飛機離地面的高度，以便駕駛員在近進著陸過程中提供高度信息，,下圖分別為指示器為移動垂直刻度的和圓形指針式高度指示器指示器是一個模擬式儀表，也可以是一個數(shù)字式儀表指示器中又把模擬信號或數(shù)字信號變?yōu)楣{駛員目視顯示的線路，也包括有顯示決斷高度（DH）和失效警告旗線路二）低高度無線電高度表指示器,（三）接收天線和發(fā)射天線,無線電高度表系統(tǒng)工作時需要二部天線一部用于發(fā)射，一部用于接收工作于4300MHz時采用喇叭天線，,工作于444MHz時采用半波偶極子天線，它們一般固定于機身腹部或水平安定面下部。

三、無線電高度表的工作原理,作用原理:,無線電高度表是利用無線電波從飛機到地面，再由地面返回飛機，測量其所經(jīng)歷的時間而工作的因為無線電波傳播的速度是已知的，所以無線電波在某一時間所經(jīng)過的距離是可以計算的作用原理如下圖所示三）接收天線和發(fā)射天線三、無線電高度表的工作原理,計算原理:,為了測量無線電波經(jīng)歷的時間，無線電高度表將等幅波調(diào)頻在一個固定頻率上，,其原理如下圖所示,在 時刻，發(fā)射機發(fā)射一個頻率為 的信號，此信號向下發(fā)射到地面，并在 時刻返回而被接收，設在 時刻所接收的返回信號頻率為 因為調(diào)制頻率是固定的，,所以在此時間內(nèi)頻率增加(或減少)，也就是電波經(jīng)歷了至地面和返回的時間，這個時間差就相當于頻率變化(即產(chǎn)生差頻 -)的時間,無線電高度表計算出這個頻率的變化，并產(chǎn)生一個模擬信號或數(shù)字信號，這就代表了飛機離開地面的高度計算原理:為了測量無線電波經(jīng)歷的時間，無線電高度表將等幅波調(diào),無線電高度表收發(fā)機主要完成以下三項任務：,發(fā)射一個調(diào)頻等幅(FMCW)信號；,接收反射回來的信號；,從接收和發(fā)射信號中找出不同頻率，確定高度收發(fā)機產(chǎn)生一個頻率從42504350MHz的調(diào)頻于100Hz的調(diào)頻等幅波，如下圖。

頻率從42504350MHz所需發(fā)射的時間約為0005s,，在這段時間內(nèi)，有足夠的時間用于無線電高度表系統(tǒng)無線電波傳播的速度是光的速度，,在這段時間內(nèi)將覆蓋1498km，也就是808 n mile所以，無線電高度表將指示02500ft(0762m)，,足以在0005s內(nèi)，在一個地區(qū)高度上計算幾百次無線電高度表收發(fā)機主要完成以下三項任務：,四、工作概況,振蕩器:,產(chǎn)生等幅信號，并調(diào)頻于100Hz低頻耦合器:,耦合器用來在發(fā)射信號中取樣取樣的發(fā)射信號加于頻率譯碼器上，并與接收信號比較以確定高度從耦合器出來的調(diào)頻等幅信號，在加于發(fā)射天線之前須經(jīng)過隔離器隔離器的作用是防止從天線泄漏回來的高頻信號進入發(fā)射線路跟蹤濾波器:,允許預定的信號通過，濾去不需要的信號，以防止在處理過程中那些多于一次的反射信號頻率譯碼電路:,可以是一個頻率計數(shù)器和比較線路，用來確定接收信號和發(fā)射信號間的不同頻率；也可能是一個微處理器線路，以便從不同頻率中計算高度，另一方面，計算后的高度信號加于高度變換線路，以便將高度變換成相應的模擬信號或數(shù)字信號并適當?shù)匮a償了剩余高度(AID)之后，將高度信息輸出并加于相應的儀表或飛機系統(tǒng)中去。

四、工作概況振蕩器:產(chǎn)生等幅信號，并調(diào)頻于100Hz低頻剩余高度：,剩余高度是根據(jù)不同飛機的安裝情況選定的，見下圖，它要求無線電高度表在飛機接地時讀數(shù)為0，,所以，高度信號加于指示器之前，必須將起落架與地面存在的距離補償?shù)簦约霸诎惭b過程中，由于同軸電纜的長度引起的高度誤差，也必須在選定剩余高度時給予補償剩余高度(AID)表示了飛機加載之前起落架的高度剩余高度是在模擬信號加于指示器之前在收發(fā)機的計算線路中自動減去的(指某些先進的無線電高度表系統(tǒng))剩余高度：,數(shù)字高度信息：,數(shù)字高度信號是一個32位的數(shù)據(jù)字，它提供的高度信息是以二-十進制編碼(BCD)（二進制編碼的十進制）或BNR二進制編碼形式輸至指示器的這兩種形式的“位”（Bit）的規(guī)定，由下圖說明數(shù)字高度信息：數(shù)字高度信號是一個32位的數(shù)據(jù)字，它提供的高度,決斷高度（DH）:,收發(fā)機的輸出電壓也用于觸發(fā)其他線路，模擬高度信號還不斷地與高度預先調(diào)定的跳閘點相比較這個跳閘點可用來開啟“系上安全帶”信號或飛機下降時到達某個預定高度時向駕駛員提出告示信號高度跳閘點也可以由指示器上的決斷高度(DH)燈來顯示決斷高度(DH)和最低決斷高度(MDA)是由駕駛員選定的。

在收發(fā)機里調(diào)定時相對于高度跳閘點決斷高度對駕駛員來說是很有價值的高度因為駕駛員可以用這個點作為著陸程序的起點或下降時檢查下降點的高度決斷高度（DH）:,五、氣壓高度和無線電高度,相同點：,氣壓高度表和無線電高度表都是用來測量某種航空器本身離地面的高度某一航空器到達某一基準平面的垂直距離，這就是飛行高度通常以m為單位，但在英美制的飛機上還使用ft為單位不同點：,無線電高度表測量高度是以無線電波在空氣中的傳輸為媒介的，它不受大氣條件變化的影響；而氣壓高度表測量的高度是以大氣壓力為媒介的，由于覆蓋地面的大氣層容易受大氣條件(如壓力、溫度和濕度等)的影響，所以氣壓是經(jīng)常變化的，如,使用氣壓測定高度，必須經(jīng)過修正才能使用無線電高度表確定的零高度，是以飛行的飛機向下垂直于地平面為基準的零高度；而氣壓高度表則往往以海平面為基準的零高度，,如下圖中，氣壓高度表指示5590m(18000ft)；而無線電高度表指示則為762m(2500ft)五、氣壓高度和無線電高度,氣壓高度表的氣壓是按照測定的標準大氣(空氣的壓力、密度和溫度經(jīng)計算后獲得的)確定的，它表示了在標準大氣條件下的海平面高度(氣溫為+15,0,時為760mmHg，即29.2inHg)。

所有飛機的氣壓高度表都必須校正在這個標準基準上在5590m高度上，校正高度信息的主要目的，在于保證在同一地區(qū)，區(qū)分飛機與飛機間的垂直距離，見下圖在5590m以下的高度上，駕駛員可以利用氣壓高度表，以確定某一地區(qū)的飛行高度，如果需要在某個機場著陸或起飛，駕駛員就必須將他的高度表的氣壓刻度調(diào)定在該機場的場面氣壓上機場平面的海拔高度(標高)可以在飛行地圖上找到氣壓高度表的氣壓是按照測定的標準大氣(空氣的壓力、密,由此可見，在不同情況下飛行，需要知道幾種不同含義的高度:,真實高度或?qū)嶋H高度:,無線電高度是指以地平面為基準的高度，稱為真實高度或?qū)嶋H高度；,氣壓高度在標準大氣條件下，有幾種通用的高度:,絕對高度:,以海平面為基準的高度，稱為絕對高度，在巡航時使用；,相對高度:,以機場平面為基準的高度，稱為相對高度，在著陸起飛時使用；,真實高度:,以飛機正下方地平面為基準的高度，稱為真實高度，在飛機進場和著陸時使用由此可見，在不同情況下飛行，需要知道幾種不同含義的高度:,無線電高度表的測高原理由于機件型式不同，有調(diào)頻等幅式(FMCW)、恒定差頻調(diào)頻等幅式和脈沖(PULSE)式3種，但它們的基本原理是一樣的，都是利用無線電波向下發(fā)射再從地面反射回來的效應工作的。

一、調(diào)頻式無線電高度表,(一)測高原理,測高原理:,是將高度表的發(fā)射頻率以一定的規(guī)律(固定調(diào)制頻率)隨時間而變化，而發(fā)射信號的幅度不變要確定飛機的飛行高度，就必須測定無線電波從飛機發(fā)射到地面，再由地面反射回來所經(jīng)歷的時間t在時間t內(nèi)無線電波所經(jīng)過的距離s，其關系如下:s=ctc無線電波傳播的速度),第二節(jié),測高原理,無線電高度表的測高原理由于機件型式不同，有調(diào)頻,工作過程：,在多數(shù)無線電高度表中采用調(diào)頻方法它的工作過程是這樣的：,無線電高度表振蕩電路把調(diào)頻后的振蕩信號，通過發(fā)射天線發(fā)射出去，這個振蕩信號通過從飛機到地面，再從地面反射返回到飛機，由接收天線接收接收的信號(即反射信號)送入平衡檢波器(或混頻器)與此同時，在平衡檢波器中，通過收發(fā)機中的饋線，從振蕩器直接輸入信號(即直接信號)也加于平衡檢波器上由于振蕩器的頻率是隨時間變化的，而且反射信號的行程大大超過直接信號的行程，所以在平衡檢波器中，將輸入兩種不同頻率的信號，一種是反射信號的頻率信號，另一種是直接信號的頻率信號工作過程：在多數(shù)無線電高度表中采用調(diào)頻方法它的工作過程是這,由于這兩種信號重疊的結果，就獲得差拍頻率電壓差拍頻率()等于直接信號和反射信號的頻率之差，其值由下式?jīng)Q定：,式中 差拍頻率(Hz)；f調(diào)制頻帶寬度(Hz)；H測量高度(m),調(diào)制頻率(Hz)；c無線電波傳播速度(kms)；,從公式中可以看出，差拍頻率是與飛機飛行高度成正比的。

其頻率關系見下圖由于這兩種信號重疊的結果，就獲得差拍頻率電壓二)作用原理,調(diào)頻等幅式無線電高度表,一般由收發(fā)機、高度指示器、發(fā)射天線、接收天線和預定高度給定器等組成其作用原理見右圖電路包括發(fā)射電路、接收電路、高度計算電路、指示器閉鎖電路和預定高度信號電路等二)作用原理,發(fā)射電路,組成：,發(fā)射電路是一個調(diào)頻發(fā)射機，由超高頻振蕩器和調(diào)制器組成超高頻振蕩器：,產(chǎn)生超高頻連續(xù)的調(diào)頻信號，其頻率變化范圍為435.5一452.5MHz，調(diào)制頻率為70Hz此信號分兩路輸出，一路由發(fā)射天線發(fā)射出去，經(jīng)地面反射再被接收天線接收，并送入接收放大電路構成反射信號；一路直接輸給接收電路作為直接信號調(diào)制器：,包括音頻振蕩器和音頻功率放大器，它產(chǎn)生并輸出具有一定功率的音頻信號去驅(qū)動調(diào)頻電動機，帶動超高頻振蕩器電路中的可變電容器的動片，使其在超高頻振蕩器的腔體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，完成頻率調(diào)制作用接收放大電路,組成:,接收放大電路由平衡檢波器(混頻器)和低頻放大器組成平衡檢波器:,反射信號和直接信號在平衡檢波器中混頻后，得到差頻電壓，如前所述，這個差頻信號是正比于飛行高度的低頻放大器:,差頻電壓經(jīng)低頻放大器放大后，獲得一定的幅度，并加于高度計算電路和高度指示器閉鎖電路的輸入端。

發(fā)射電路,高度計算電路,組成:,高度計算電路由限幅器、計算器和直流電壓放大器等組成功能:,它的任務是將差頻電壓變成直流電壓由于差頻電壓的頻率是隨飛行高度的變化而變化的，所以，高度計算電。