Мгновенная частота этого сигнала
Fp=|fизл -fпр| =|2Dfд sin (0,5WM tH)sin WMt| (3)
является периодической функцией времени. Измеритель частоты выдает напряжение, пропорциональное, например, средней частоте преобразованного сигнала:
Fp=2TM -1т0Tм/2 Fp(t)dt=4p-1Dfд sin (0,5WMtH) (4)
При малых tH/TM которые обеспечиваются в РВ выбором частоты модуляции, зависимость Fp(H) имеет линейный характер
Недостатком гармонического закона модуляции является большая ширина спектра преобразованного сигнала, что затрудняет селекцию сигналов и приводит к снижению точности РВ.
При линейной ЧМ изменение частоты излучаемых колебаний среднее и мгновенное значения частоты преобразованного сигнала связаны Fp =Fp (1- 2tH/TM) (5)
и практически совпадают при tH«TM. При несимметричном пилообразном законе. ЧМ частоты Fp1 и Fp2 существенно отличаются друг от друга. Для измерения высоты обычно используется частота Fp1.
Достоинством линейной ЧМ является более узкий, чем при гармонической ЧМ, спектр преобразованного сигнала, что определило преимущественное применение линейной ЧМ в современных РВ.
Частотные радиовысотомеры в зависимости от ширины полосы пропускания усилителя преобразованного сигнала разделяют на широкополосные и узкополосные.
Широкополосный
РВ (рис. 2.) имеет полосовой усилитель
ПУ, полоса пропускания которого DFП.У.>>
DFс,
где DFс
—
ширина спектра преобразованного сигнала-
Крайние частоты Fmin
и Fmax
полосы пропускания определяются
диапазоном измеряемых высот. В амплитудном
ограничителе АО преобразованный сигнал
превращается в последовательность
импульсов постоянной амплитуды, которые
подаются на счетчик импульсов СИ. Средняя
частота следования этих импульсов равна
при отсутствии помех среднеквадратической
частоте сигнала. Счетчик вырабатывает
напряжение, пропорциональное количеству
поступивших на него импульсов, а
инерционное звено ИЗ усредняет это
напряжение. Обычно ограничитель
вырабатывает импульсы при пересечении
напряжением сигнала нулевого уровня.
Поэтому счетчик измерителя частоты
часто называют счетчиком числа переходов
через нуль.
Рис2 Структурная схема, поясняющая принцип действия широкополосного частотного радиовысотомера.
Узкополосные РВ широко применяют в качестве прецизионных измерителей высоты, в частности, в системах автоматического захода на посадку.
В узкополосных РВ полосу пропускания тракта обработки преобразованного сигнала выбирают близкой к ширине спектра преобразованного сигнала DFC и используют следящую систему, которая позволяет совмещать среднюю частоту преобразованного сигнала с частотой f0 настройки тракта. Такие РВ обладают высокой точностью даже при небольших отношениях сигнал/шум на входе РВ, что объясняется как уменьшением мощности шумов на входе измерителя частоты при сужении полосы пропускания тракта обработки, так и снижением систематической погрешности, которая возникает при несовпадении средних частот сигнала и шума.
Радиовысотомер (рис.3) поочередно работает в режиме измерения и режиме контроля и калибровки масштабного коэффициента.
Режим измерения реализуется в тракте, состоящем из управляемого генератора УГ; частотно-модулированного генератора ЧМГ; направленного ответвителя НО; передающей и приемной антенн А-1 и А-2; балансного смесителя БС; узкополосного фильтра УПФ; усилителя-ограничителя УО; частотного дискриминатора ЧД-1 и схемы управления частотой модулирующих колебаний СУ-1. По структурной схеме РВ представляет собой замкную следящую систему, чувствительным элементом которой служит ЧД-1 с постоянной частотой настройки fо. На частоту f0 настроен и УПФ, полоса пропускания которого DFу.пф.»DFc.
Частотный дискриминатор вырабатывает напряжение, пропорциональное отклонению средней частоты Fс.о спектра сигнала от частоты настройки f0. Это напряжение интегрируется в СУ-1 и используется для управления частотой генератора модулирующего напряжения. Частота FM изменяется в сторону уменьшения рассогласования. DF= DFc.о-f0. (6)
Для предварительного грубого совмещения частот DFc.о и f0 необходима схема поиска СП, с помощью которой частоту FM плавно изменяют до тех пор, пока спектр преобразованного сигнала не попадет в полосу пропускания УПФ и схема переключения режимов работы СПР не переведет РВ в режим слежения за частотой преобразованного сигнала. Последняя выбирается обычно равной 25 кГц. В схеме измеряется период модуляции колебаний с выхода УГ. Измеритель периода модуляции ИПМ выдает сигнал Н, пропорциональный высоте полета.
Режим контроля включается несколько раз в секунду с помощью синхронизатора Синх. В тракт контроля входят главные устройства основного тракта, а также линия калиброванной задержки ЛЗ, подключаемая к тракту с помощью антенных переключателей АП-1 и АП-2, и частотный дискриминатор ЧД-2. Эта часть схемы работает так же, как и основная. Напряжение с ЧД-2 используется для контроля уровня сигнала.
В режиме контроля проверяется постоянство масштабного коэффициента. Частота модуляции с УГ (значение которой определяется задержкой в ЛЗ и должно быть постоянным в режиме контроля) подается на смеситель См, куда поступают также колебания с опорного генератора ОГ.
Рис.3. Структурная схема узкополосного частотного радиовысотомера.
Выделенная смесителем разностная частота несет информацию о величине и знаке отклонения частоты на выходе УГ от заданного ЛЗ значения и используется в схеме управления СУ-2 для изменения амплитуды модулирующих колебаний, а следовательно, и девиации частоты сигнала. Управление амплитудой происходит в модуляторе М.
Схема контроля СК при наличии преобразованного сигнала и постоянстве (в пределах установленных допусков) масштабного коэффициента формирует сигнал готовности (Гот. Н). Этот сигнал свидетельствует о работоспособности РВ. Схема сравнения СС служит для получения сигнала Нзад при уменьшении высоты до заданного значения.