Цифровой частотно-модулированный высотомер

(23) Приоритет 1,51)М. Кд. 6 01 8 9(24 1 ЪеуддретвмемЯ кемктет СССР ао дедам нэебретенкЯ и етхрыткЯ(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТНО - МОДУЛИРОВАННЫЙ ВЫСОТОМЕР Изобретение относится к радиолокации; Известен цифровой частотно-модулирован. ный высотомер, работающий по принципу выделения и обработки разностной частоты между прямым сигналом передатчика, непрерывно излучаемым в направлении к земной поверхности, и отраженным от земли эхо сиг. налом (13.Недостатком такого высотомера является широкополосность приемника, что снижает чувствительность и помехозащищенность.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является цифровой частотно-модулированный, высотомер, содержа. щий последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель раэностной час. тоты и счетчик. вычислитель, последовательно соединенные блок переключения направления перестройки передатчика, модулятор, передат. чик и передающую антенну, при этом второй и третий выходы передатчика соединены соот. ве 1 ственно с вторым вхолоч смесителя и пер. вым входом блока выделения измерительного интервала полосы модуляции, второй вход которого соединен с первым выходом гейератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блока выделения измерительногоинтервала полосы модуляции соединены соответственно с третьим и вторым входами счет 5чика-вычислителя (21Однако в известном высотомере вследствиенеизменности скорости перестройки передатчика, разностная частота отраженного от земли сигнала на максимальной и минимальнойрабочих высотах отличается в несколько сотенраз. Для обеспечения работы такого высото.мера требуется широкополосный приемникс полосой пропускания несколько сотен килогерц, что снижает чувствительность высотомераиз-эа воздеиствия внутренних шумов и внеш.них помех,Цель изобретения - .увеличение чувствитель.ности.Для этого в цифровой частотно-модулированный высотомер, содержащий последователь но соединенные приемную антенну, смеситель,усилитель разностной частоты и счетчик-вы.числитель, последова 1 сльно соединенные блок-40 45 55 3 7переключения направления перестройки пере.датчика, модулятор, передатчик и передающуюантенну, при этом второй и третий выходыпередатчика соединены соответственно с вто.рым входом смесителя и первым входом блокавыделения измерительного интервала полосымодуляции, второй вход которого соединен спервым "выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блокавселения измерительного интервала полосымодуляций соединены соответственно с третьими вторым входами счетчика. вычислителя, вве.дены источник опорного аналогового сигналаи блок цифрового управления скоростью пере.стройки частоты передатчика, аналоговый вы." "ЪбК кбторого соединен с управляющим входоммодулятора, первый, второй, аналоговый ицифровой входы блока цифрового управленияскоростью перестройки частоты передатчикасоединены соответственно с третьим выходом"гейератора" тактовых импульсов, "вйходомусилителя разностной чвстотм,выходом нсточ.ника опорного аналогового сигнала н пер"- вым: кОдовым выходом счетчика-вычислителя,второй кодовый выход которого соединен свторым входом усилителя разностной частоты,а блок цифровбго уйравлйщя скОроСтью пере. стройки частоты передатчика содержит после.довательно соединенные реверсивный счетчик,первый декодирующий преобразователь и второй декодирующий преобразователь, пифро.вой релейный элемент, выходы которого сое" "-.: Впйньг с- тактовыми и управляющими вхо."дамй "реверсивного счетчика, при этбм" выходвторого декодирующего преобразователя явля.ется аналоговым выходом блока цифровогоуправления скоростью перестройки частотыпередатчика, а первый н второй входы цифро.вого релейного элемента, аналоговый входпервого декодирующего преобразователя и цифровой вход второго декодирующего преобразователя являются соответственно первым,вторым, аналоговым и цифровымвхбдамяблока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика.На фиг. 1 изображена структурная электри -ческая схема предложенного высотомера; нафиг, .2 - вариант реализации блока цифрового управления скоростью перестройки часто.ты передатчика; на фиг, 3, 4 - временныедиаграммы поясняющие работу высотомера.Высотомер (фиг, 1) содержит модулятор1, передатчик 2, передающую антенну 3, при.емную антенну 4 смеситель 5, усилитель 6разностной частоты, блок 7.выделения из "- мерятельного" интервала полосы модуляции,. блок 8 переключения направления перестройки передатчика, счетчик-вычислитель 9, гене 17676" 4 ратор 10 тактовых импульсов, блок 11 цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика и источник 12 опорногоаналогового сигнала, Блок 11 цифровогоуправления скоростью перестройки частотыпередатчике (фиг, 2) содержит первый декодирующий преобразователь 13, цифровой ре.лейный элемент 14, реверсивньй счетчик 15 и второй декодирующий преобразователь 16.Высотомер работает следующим образом.При перестройке модулятором 1 частотыпередатчика 2 (фиг, За) смеситель 5 вьщелиат разностную частоту между сигналом,который непосредственно поступает от пере 15 датчика 2 и сигналом, который проходитпуть: передатчик 2 - передающая антенна 3 -земная поверхность - приемная антенна 4 -смеситель 5, Сигнал разностной частоты от сме.сителя 5 усиливается в усилителе 6 и подает- гО ся на счетчик вычислитель 9 для вычисления"приращения фазы раэностной частоты на задан ном числе измерительных йнтервалов и нацифровой репейный элемент 14 для сравненияс опорной тактовой частотой. В общем слу.25 чае счетчик. вычислитель 9 может вычислятьприращения фазы на любом целом числеизмерительных интервалов, исходя из особенкостей построения радновысотомера и с лю. бой степенью точности, определяемой тактоНа фиг. 3 показан процесс счета и обнов. пения информации на двух измерительных интервалах, то есть на одном периоде модуляции, Для обеспечения циклической работы на счетчик-вычислитель 9 и блок 8 переключения направления перестройки передатчика пода 1 отся сянхропизирующие сигналы от блока 7 выделения измерительного интервала поло.сы модуляции,Гак, в момент т когда при перестройке, вниз частота передатчика 2 достигнет нижней границы Х,д 1 измерительного интервала Сфиг.За), блок 7 выдает сигнал запрета (фиг. Зб),в счетчик-вычислитель 9, чем останавливает дальнейшйй счет. Кроме того, в момент т, блок 7 выдает сигнал в блок 8 переключения направления перестройки.переЯ датчика, которое с небольшой задержкой,определяемой тактовой частотой, в момент т, вьщает в модулятор 1 сигнал на пере. ключение направления хода перестройки. В промежутке мехду т, и т, блок 7 вьщает в счетчик. вычислитель 9 импульс разрешения записи (фиг. Зв), по которому в память счетчика-вычислителя 9 записывается число Й(фиг. Зе), сосчитанное счетчиком5 71 вычислителем 9 на препыдушем цикле счета 1 (пТ-Т) и импульс установки "О", который устанавливает счетчик в начальное состояние (фиг, Зг). В момент т когда частота пере. датчика 2 снова достигнет нижней границв игл измерительного интервала, но уже при перестройке снизу вверх, блок 7 выделения измерительного интервала снимает сигнал запрета (фиг. Зв), В момент т 4, когда частота передатчика 2 достигнет верхней грани. цы Фп 1 измерительного интервала И 4, блок 7 снова выдает сигнал запрета в счетчик. вычислитель 9, а в момент 1, -сигнал в блок 8 для изменения направления перестройки частоты передатчика. В момент 1 б частота передатчика 2 достигает верхней границы 1 п, измерительного интервала, . блок 7 снимает сигнал запрета (фиг. Зб). Счетчик. вычислитель 9 в момент 1 е про. должает счет с того положения; в котором остановился в моМент т 4. В момент фр ког., да частота передатчика 2 достигает нвкйей границы 1, измерительного интервала, блок.7 снова останавливает счетчик-вычислитель 9, . выдает сигнал разрешения (фиг. Зв) на за- пись информации Мсч в счетчике-вычислителе 9 (фиг. Зж) для обновления числа паМяти и производит установку счетчика в исходйое состояние. Валее процесс сброса счета и обновления информации повторяется. 1 ак как цифровые схемы обладают"ФысбкИЫбыстродействием, то длительность иитейлавремени от т, до тз, от 14 до тб И такдалее может быть сделана во много разменьше, чем длительность периода частоты,биений. Это позволяет, в принципе, обойтисьбез формирования сигнала запрета, еслиизмерительный интервал полосы модуляцииИ 4 может быть сделан равным всей иолантемодуляции от Сп 11 о до глах 6- аналоговый сигнал на выходевторого декбдирующего преобразователя;М (пТ-Т)- результат вычислений счетчикасчвычислителя на предыдущемпериоде Измерения;и - порядковый номер периодаизмерения Т.,Сигнал разностной частоты 1 сравнивает ся в цифровом релейном элементе 14 сопорной тактовой частотой. На фиг, 4 показан процесс сравнения и управления прихарактеристике релейного элемента, удовлетворяющей условию:15 При Т Т ФХпри Т-ХуТ То+Хо (2) при Т,-Х Т- средняя частота поло.сы пропускания усили. теля 6;Тр - период разностной час.25 тоты;2 ХО - зона нечувствительностицифрового релейногоэлемента.До момента т, (фиг. 4 а) период разност . ной частоты находится в зоне нечувствительности, при этом сигнал на выходе цифровогорелейного элемента 14 отсутствует (фиг. 4 б).При отклонении периода разностной частотывыше зоны нечувствительности от моментат, до твследствие какого-либо возмущающего или дестабилизирующего фактора, например, ухода опорного аналогового сигналаили параметров модуляции из-за измененияокружающей температуры, цифровой релейный элемент 14 выдает на реверсивный счетчик 15 сигналы на вычитание, уменьшающиеего число Мр(фиг. 4 в), Для повышения чувствительности и помехозашищенности радиовысотомера за счет узкополосного приема необходимо обеспечить, чтобы при изменении высоты разностная частота находилась в полосе пропускания узко. полосного усилителя 6. Это обеспечивается тем, что с высотой скорость перестройки частота передатчика изменяется в зависимости от числа на выходе сче 1 чика-вычислителя 9. Код счетчика.вычислителя 9 подается на пер- вый декодируюций преобразователь 13, выходной сигнал которого Л (фиг. 4 г) удовле. творяет следующему усйовию:д 3 спдкп 1 ч 1 Т .1 ( )/ 50 где 14 ,(1)- число в реверсивном счетчикедо момента т,;М И ) - число в реверсивном счетчикепосле момента т;Г - тактовая частота, поступающаяна вход цифрового релейногоэлемента.Реверсивный счетчик 15 управляет вторым55декодирующим преобразователем 16 по прямопропорциональному закону.ЙКП ОО РС717676 7где А - опорныи аналоговыи сигналот источника 12,Аналогично, в. течение времени т-Фэ, ког..да период раэностной частоты находится взоне нечувствительности, сигнал на выходевторого декодирующего преобразователя 16не меняется, В течение времени т - 1 ког.да период разностной частоты становитсяниже зоны нечувствительности, на реверсивный счетчик 15 выдаются импульсы на ело 10жение, и выходной сигнал второго декодирую.щего преобразователя 16 увеличивается,Скорость перестройки частоты передатчика2 на текущем периоде измерения(пТ)Ао :И г ЬС Ю(12) или, обозначая ЬУ 4 ъ,гп 0 ) ( )МР о фРсиз анализа Рр " Ко Ирс (2) (3) и (13)видно, что при наличии возмущений или дру.гих дестабилизирующих факторов при увели.чении (уменьшении) разностной частоты зазону нечувствительности контур обратнойсвязи, замыкающийся через пространство,стремится уменьшить (увеличить) частоту,то. есть увеличивает устойчивость радиовысотомера.В частйом случае второй декодирующийпреобразователь 16 может быть включен меж.ду модулятором 1 и первым декодирующим преобразователем 13, который в этомслучае подключается к источнику аналогового сигнала (не показан). Процессы управ.30пения при этом не изменяются.Применение предложенного цифрового ЧМрадиовысотомера позволяет по сравнению с. известным существенно повысить чувствитель- ность. Так в нем реализуется узкополосный35прием при,полосе пропускакия приемнйкаменее 10 кГц, в то время как для работыизвестного высотомера при том же диапазоне высот требуется приемник с полосой пропускания до 300 кГц (частота модуляции300 Гц, полоса модуляции 100 МГц, диапа 40Ил на выходе усилитезмерения равна разности частота Р щий периодв те фпТ) высота пОлета вод измерения.м (6) й пери.де Н(пТ)Или с учет омере оженном радиовь я счетчика-вычисл, то есть ак как в прультат вычисл ел не зависит д 1,ч т 2 Н (пТ(9) Те С - скорость све в - постоянный щий от числ валов в пер ты тактовыха =. 2);(пТ - Т) - высота пол риод измер1 а, коэффициент, а измерительньнодв измерения импульсов (дл вися х интер. и часто. етения Фо мула из та в предьния, то й Аоо КФИРс НТ)й( тСоотношения Н(пТ) и Н(пТ-Т) связависимо стью скорость изменения высоть 8Для предложенного радиовысотомера даже при скорости изменения высоты в несколько сотен метров в секунду Н(пТ) отличается от Н(пТ-Т) не более чем на 2 - 3%. Поэтому выражение (10) может быль приведено к ви. ду р1,Цифровой частотно-модулированный высотомер, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, смеситель, усилитель раз. костной частоты и счетчик. вычислитель, последовательно соединенные блок переключения направления перестройки йередатчика, модулятор, передатчик и передающую антенну, при этом второй и третий выходьг передатчика соединены соответственно с вторым входом смесителя и первым входом блока выделе. ния измерительного интервала полосы модуля цни, второй вход которого соединен с первым выходоМ генератора тактовых импульсов, второй выход которого и выход блока выде9 7176 ления измерительного интервала полосы моду. ляцни соединены соответственно с третьим и вторым входами счетчика-вычислителя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности, введены источник опорного аналогового сигнала и блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика, аналоговый выход которого сое.динен с управляющим входом модулятора, первый, второй, аналоговый и цифровой вхо. 1 и ды блока цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика соединены соответственно с третьим выходом генератора тактовых импульсов, вь 1 ходом усилителя разностной частоты, выходом источника опор. 15 ного аналогового сигнала и первым кодовым, выходом счетчика-вычислителя, второй кодо- вый выход которого соединен с вторым входом усилителя разностной частоты.2. Цифровой частотно-модулированный вы сотомер по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок цифрового управления скоростью перестройки частоты передатчика содержит по. 76 1 Оследовательно соединенные реверсивный счетчикlпервый декодирующий преобразователь и второй декодирующий преобразователь, цифровойрелейный элемент, выходы которого соединены с тактовыми и управляющими входамиреверсивного счетчика, при этом выход вто.рого декодирующего преобразователя являет.ся аналоговым выходом блока цифровогоуправления скоростью перестройки частотыпередатчика, а первый и второй входы цифро.вого релейного элемента, аналоговый входпервого декодирующего преобразователя ицифровой вход второго декодирующего преобразователя являются соответственно пЕрвымвторым, аналоговым и цифровым входамиблока цифрового управления скоростью пере.стройки частоты передатчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США 9 3968492, кл. 343 - 14,1976,2. Патент Англии Ю 1207565, кл. Н 4 О,1970 (прототип).