Известны барометрический, радиоволновой, акустический, оптический и инерциальный методы измерения высоты полета.
1. Барометрический метод [4], [6]
Барометрический метод измерения высоты полета основан на зависимости атмосферного давления от высоты (давление воздуха на любом уровне определяется весом столба воздуха, расположенного выше этого уровня).
Функциональная связь между высотой Н и давлением р не является однозначной, а изменяется в зависимости от географической широты, времени года, времени суток и состояния погоды. Однако путем статической обработки результатов многолетних метеорологических наблюдений установлена среднестатистическая зависимость p=f(H), принятая в качестве стандартной международной атмосферы и используемая при градуировке барометрических высотомеров.
Барометрический высотомер измеряет барометрическую высоту полета, т. е. высоту относительно некоторого уровня, давление воздуха на котором известно.
Барометрический метод и приборы, используемые при применении этого метода, более подробно рассматриваются в § 11.3 и 11.4.
|
|
2. Радиоволновой метод [2]
Радиоволновой метод измерения высоты полета основан на отражении радиоволн от земной поверхности.Устройства, построенные по этому принципу, измеряют истинную высоту полета и называются радиовысотомерами.
Различают радиовысотомеры непрерывного и импульсного действия (рис. 11.2, а и б).
Блок-схема радиовысотомера непрерывного действия приведена на рис. 11.2, а. Антенна А1 радиопередатчика, установленного на самолете, непрерывно излучает электромагнитные волны, которые, отражаясь от земной поверхности, возвращаются к самолету (рис. 11.3). Антенна А2 радиоприемника, также находящегося на самолете, принимает как излучаемые антенной А1 так и отраженные от Земли радиоволны.
Особенностью радиовысотомеров непрерывного излучения является частотная модуляция излучаемых колебаний.
На рис. 11.4 приведен график изменения во времени частоты f1 излучаемых колебаний (сплошная линия) и частоты f2 отраженных колебаний (пунктирная линия).
Линия частот f2 сдвинута в сторону отставания относительно линии частот f1 на величину вследствие того, что в каждый момент времени частота отраженного сигнала отличается от частоты прямого сигнала на величину, равную изменению частоты прямого излучения за время прохождения радиоволн от самолета до Земли и обратно.
следовательно,
где t1 – время прохождения радиоволн прямого излучения от антенны передатчика до приемной антенны,
t2 – время прохождения радиоволн от передатчика до Земли и обратно до приемной антенны.
|
|
В соответствии с рис.11.3
,
где l – расстояние между передающей и приемной антенной,
Н – истинная высота полета,
Подставляя (11.2) в (11.1), находим
Разность частот F=f1-f2, выделяемая в детекторе низкой частоты и измеряемая частотомером, служит мерой истинной высоты полета.
Для определения зависимости F от H запишем уравнение отрезков ломанных линий, характеризующих закон измерения частот f1 и f2 (см. рис. 11.4):
.
Разность частот
.
Поскольку Н>>l, то можно пренебречь в числителе l по сравнению с 2Н, тогда .
где - чувствительность радиовысотомера непрерывного излучения.
Чувствительность тем больше, чем больше среднее значение частоты f0 и чем больше коэффициент а, характеризующий глубину модуляции частоты.
Величина среднего значения частоты равна f0 =400ч-600 Мгц, а амплитуда изменения частоты равна ±0,5% от среднего значения при диапазоне измеряемых высот от 0 до 1500 м.
При посадке самолета прибор переключается на малый диапазон (от 0 до 150 ж), при этом амплитуда модуляции частоты увеличивается в 10 раз — до ±5% от среднего значения частоты.
Основные погрешности радиовысотомера непрерывного действия следующие:
а) погрешности от помех приемопередающего радиотракта, искажающих принимаемый сигнал;
б) погрешности от нестабильности параметров f0 и а, вызывающие изменение чувствительности S, а следовательно, и масштаба измерения.
С увеличением высоты полета мощность отраженного сигнала резко
падает и он становится трудноразличимым на фоне радиопомех.
Интенсивность полезного сигнала можно увеличить за счет повышения мощности радиопередатчика, однако его потребная мощность увеличивается пропорционально 4-й степени увеличения высоты. Например, для увеличения диапазона радиовысотомера непрерывного изучения с 1500 до 15000 м, мощность радиопередатчика пришлось бы увеличить в 10 000 раз.
Измерение больших высот полета осуществляется радиовысотомером импульсного действия, работающего как радиолокатор. Радиовысотомер (см. рис. 11.2,6) содержит приемник и передатчик, причем излучение радиоволн производится не непрерывно, а дискретно (импульсами), в течение очень коротких интервалов времени, разделенных значительно более длительными паузами (рис. 11.5).
Соотношение между мгновенной мощностью Римп, излучаемой в пространстве в импульсе и средней мощностью Рср передатчика равно
,
где Т — период между импульсами;
— длительность импульса.
Процесс измерения высоты радиовысотомером импульсного действия сводится к следующему. Приемная антенна принимает два последовательных импульса — прямой и отраженный от Земли. Оба импульса усиливаются и подаются на катодно-лучевую трубку, где воздействуют на электронный луч с круговой разверткой (рис. 11.6).
Если движение луча по окружности от нулевой отметки шкалы будет начинаться в момент времени прихода прямого импульса, а во время прихода отраженного импульса электронный луч получит радиальный всплеск, то угловое положение, а этого всплеска будет пропорциональным измеряемой высоте:
,
где -чувствительность прибора;
— угловая скорость развертки электронного луча.
Чувствительность 5 и соответственно точность отсчета показаний можно увеличить путем увеличения скорости развертки . Однако при слишком большой скорости луч может совершить несколько оборотов до момента прихода отраженного импульса и возникнет неопределенность показаний, связанная с незнанием количества оборотов, сделанных лучом.
Получение однозначных показаний достигается переключением диапазонов: при-малой скорости развертки производится грубый отсчет высоты, а при большой скорости делается точный отсчет'.
Погрешности радиовысотомеров импульсного действия складываются из погрешностей от радиопомех и погрешностей от непостоянства угловой скорости развертки.
|
|
Радиовысотомер импульсного изучения непригоден для отсчета очень малых высот (при посадке самолета), так как он обладает сравнительно большой зоной нечувствительности, обусловленной тем, что на малых высотах время соизмеримо с длительностью импульса , из-за чего прямой и отраженный импульсы сливаются, и их не удается различить друг от друга.