先进材料及工艺发展战略与规划

1、先进材料及工艺发展战略与规划第一节第一节 组成与工作概况组成与工作概况 第二节第二节 测高原理测高原理 第三节第三节 典型的无线电高度表典型的无线电高度表 v一、系统的功用一、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（量飞机离开地面的实际高度，提供预定高度或决断高度（DHDH）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。要设备。 利用无线电高度表可以在复杂的气象条件下飞行，穿云下利用无线电高度表可以在复杂

2、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（备，如仪表着陆系统（ILSILS）配合完成仪表着陆任务；或同自）配合完成仪表着陆任务；或同自动着陆系统（动着陆系统（ALSALS系统）配合工作，完成或类系统）配合工作，完成或类国际民航组织国际民航组织规定的着陆条件规定的着陆条件条件下的全自动着陆。条件下的全自动着陆。v二、系统的组成二、系统的组成 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

3、的电源等。高度表还有预定高度给定器、滤波器和专用的电源等。 现代飞现代飞机典型无线电高度表系统的组成，见下图。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现代飞机上的无线电高度表的工作范围通常是作范围通常是0-762m(o0-762m(o一一2500ft)2500ft)或或0 0600m600m，称为低高度无线电高度表，称为低高度无线电高度表(LRRA)(LRRA)，也有大于，也有大于0 0一一762m762m的，但其的，但其有效工作范围还是在低高度范围内，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。因为它主要用于飞机的进近和着陆。并且要求其输出的高

4、度信息有高度的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准确性，以便为自动驾驶仪或自动着陆系统使用。陆系统使用。（一）收发机（一）收发机高频部分高频部分: :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。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: :发射部分包括超高频振荡器、调制器和发射调频等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。幅信号

5、的发射机。 接收部分接收部分: :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。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（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。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。指示指示器是一个模拟式仪表，也可以是一个

6、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（包括有显示决断高度（DHDH）和失效警告旗线路。）和失效警告旗线路。（三）接收天线和发射天线（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。工作于用于接收。工作于4300MHz4300MHz时采用喇叭天线，工作于时采用喇叭天线，工作于444MHz444MHz时采用半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。波偶极子天线，它们一般固定于

7、机身腹部或水平安定面下部。 v三三 、无线电高度表的工作原理、无线电高度表的工作原理作用原理作用原理: 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。下图所示。 计算原理计算原理: :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

8、在一个固定频率上，其原理如下图所示调频在一个固定频率上，其原理如下图所示, ,在在 时刻，发射机发射时刻，发射机发射一个频率为一个频率为 的信号，此信号向下发射到地面，并在的信号，此信号向下发射到地面，并在 时刻返回而被时刻返回而被接收，设在接收，设在 时刻所接收的返回信号频率为时刻所接收的返回信号频率为 。因为调制频率是固定。因为调制频率是固定的，所以在此时间内频率增加的，所以在此时间内频率增加( (或减少或减少) )，也就是电波经历了至地面和，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返回的时间，这个时间差就相当于频率变化( (即产生差频即产生差频 - )- )的的时间

9、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。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：无线电高度表收发机主要完成以下三项任务：发射一个调频等幅发射一个调频等幅(FMCW)(FMCW)信号；信号； 接收反射回来的信号；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。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收发机产生一个频率从425042504350MHz4350MHz的调频于

10、的调频于100Hz100Hz的调频等幅波，的调频等幅波，如下图。频率从如下图。频率从425042504350MHz4350MHz所需发射的时间约为所需发射的时间约为0 0005s005s，在这段时，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的速度，在这段时间内将覆盖1498km1498km，也就是，也就是808 n mile808 n mile所以，无线所以，无线电高度表将指示电高度表将指示0 02500ft(02500ft(0762m)762m)，足以在，足以在0 0005s0

11、05s内，在一个地区内，在一个地区高度上计算几百次。高度上计算几百次。 v四、工作概况四、工作概况振荡器振荡器: :产生等幅信号，并调频于产生等幅信号，并调频于100Hz100Hz低频。低频。 耦合器耦合器: :耦合器用来在发射信号中取样。取样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，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用是防止从天线泄漏回来的高频信

12、号进入发射线路。路。跟踪滤波器跟踪滤波器: :允许预定的信号通过，滤去不需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要的信号，以防止在处理过程中那些多于一次的反射信号。反射信号。频率译码电路频率译码电路: :可以是一个频率计数器和比较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；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于高度变换线路，以

13、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信号或数字信号。并适当地补偿了剩余高度(AID)(AID)之后，将高度信息输出并加于相应的仪表或飞机之后，将高度信息输出并加于相应的仪表或飞机系统中去。系统中去。 剩余高度：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要求无线电高度表在飞机接地时读数为0 0，所以，高度信号加，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

14、起的高度误差，也必须在安装过程中，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。在选定剩余高度时给予补偿。 剩余高度剩余高度(AID)(AID)表示了飞机加载之前起落架的高度。剩余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减去的( (指某些先进的无线电高度表系统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数字高度信息：数字高度信号是一个3232位的数据字，它提供的高度信息是位的数据字，它提供的高度信息是以二以二- -十进制编码十进制编码(BC

15、D)(BCD)（二进制编码的十进制）或（二进制编码的十进制）或BNRBNR二进制编码形式输至指二进制编码形式输至指示器的。这两种形式的示器的。这两种形式的“位位”（BitBit）的规定，由下图说明。）的规定，由下图说明。决断高度（决断高度（DHDH）: : 收发机的输出电压也用于触发其他线路，模拟高度信号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来开启“系上安全带系上安全带”信号或飞机下降时到达某个预定高度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

16、指示器上的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决断高度(DH)(DH)灯来显示。灯来显示。 决断高度决断高度(DH)(DH)和最低决断高度和最低决断高度(MDA)(MDA)是由驾驶员选定的。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。序的起点或下降时检查下降点的高度。v五、气压高度和无线电高度五、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

17、量某种航空器本身离地面相同点：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。通常以以m m为单位，但在英美制的飞机上还使用为单位，但在英美制的飞机上还使用ftft为单位。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，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

18、容易受大气条件的，由于覆盖地面的大气层容易受大气条件( (如压力、温度和湿度等如压力、温度和湿度等) )的影响，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，气压高度表指示指示5590m(18000ft)5590m(18000ft)；而无线电高度表指示

19、则为；而无线电高度表指示则为762m(2500ft)762m(2500ft)。 气压高度表的气压是按照测定的标准大气气压高度表的气压是按照测定的标准大气( (空气的压力、密度和温度空气的压力、密度和温度经计算后获得的经计算后获得的) )确定的，它表示了在标准大气条件下的海平面高度确定的，它表示了在标准大气条件下的海平面高度( (气温气温为为+15+150 0时为时为760mmHg760mmHg，即，即29.2inHg)29.2inHg)。所有飞机的气压高度表都必须校正在。所有飞机的气压高度表都必须校正在这个标准基准上。这个标准基准上。 在在5590m5590m高度上，校正高度信息的主要目的，在

20、于保证在同一地区，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。区分飞机与飞机间的垂直距离，见下图。 在在5590m5590m以下的高度上，驾驶员可以利用气压高度表，以确定某一地以下的高度上，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( (标高标高) )可以在飞行地图上找到。可以在飞行地图上找到。 由此可见，在不同情

21、况下飞行，需要知道几种不同含义的高度由此可见，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，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；称为真实高度或实际高度；气压高度在标准大气条件下，有几种通用的高度气压高度在标准大气条件下，有几种通用的高度:绝对高度绝对高度:以海平面为基准的高度，称为绝对高度，在巡航时以海平面为基准的高度，称为绝对高度，在巡航时使用；使用；相对高度相对高度:以机场平面为基准的高度，称为相对高度，在着陆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；起飞时使用；真实高度真实高度

22、:以飞机正下方地平面为基准的高度，称为真实高度，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。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，有调频等幅式式(FMCW)(FMCW)、恒定差频调频等幅式和脉冲、恒定差频调频等幅式和脉冲(PULSE)(PULSE)式式3 3种，但它们的种，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。来的效应工作的。v一、一、 调频式无线电高度表调频式无线电高度表( (一一) )测高原

23、理测高原理测高原理测高原理: :是将高度表的发射频率以一定的规律是将高度表的发射频率以一定的规律( (固定调制频率固定调制频率) )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，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历的时间t t。在时间。在时间t t内无线电波所经过的距离内无线电波所经过的距离s s，其关系如，其关系如下下:s=ct:s=ct。(c(c无线电波传播的速度无线电波传播的速度) )工作过程：在多数无线电高度表中采用调频方法。它的工

24、作工作过程：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，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。接收的信号从地面反射返回到飞机，由接收天线接收。接收的信号( (即反即反射信号射信号) )送入平衡检波器送入平衡检波器( (或混频器或混频器) )。与此同时，在平衡检波。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器中，通过收发机中的馈线，从振荡器直接输入信号( (即直

25、接即直接信号信号) )也加于平衡检波器上。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。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。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：等于直接信号和反

26、射信号的频率之差，其值由下式决定：式中式中 差拍频率差拍频率(Hz)(Hz)；f f调制频带宽度调制频带宽度(Hz)(Hz)；H H测量高度测量高度(m)(m) 调制频率调制频率(Hz)(Hz)；c c无线电波传播速度无线电波传播速度(km(kms)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。见下图。 cHfFFMb4bFbFMF( (二二) ) 作用原理作用原理 调频等幅式无线电高度调频等幅式无线电高度表表一般由收发机、高度指示器、一般由收发机、高度指示器、发射天线、接收天线和预定高发射天线、接收

27、天线和预定高度给定器等组成。其作用原理度给定器等组成。其作用原理见右图。见右图。 电路包括发射电路、接收电电路包括发射电路、接收电路、高度计算电路、指示器闭路、高度计算电路、指示器闭锁电路和预定高度信号电路等。锁电路和预定高度信号电路等。发射电路发射电路组成：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。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，其频率变化范围为一，超高频振荡器：产生超高频连续的调频信号，其频率变化范围为一，调制频率为调制频率为70Hz70Hz。此信号分两路输出，一路由发射天线发射出去，经。此信号分两路输出，一路

28、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。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。作用。接收放大电路接收放大电路组

29、成组成: :接收放大电路由平衡检波器接收放大电路由平衡检波器( (混频器混频器) )和低频放大器组成。和低频放大器组成。平衡检波器平衡检波器: :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。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。于高度计算电路和高度指示器闭锁电路的输入端。 高度计算电路高度计算电路组成组成: :高度计算电路

30、由限幅器、计算器和直流电压放大器等组成。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。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限幅器：用来对差频电压进行限幅，使计算器计算的结果不

31、受差频电压振幅的影响；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；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。变成直流电流，供指示器指示。指示器闭锁电路：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，高度指示器的闭锁电路用来当反射信号微弱时，即飞行高度超过即飞行高度超过600m600m时，用以消除高度指示器的错误指示和预定高度时，用以消除高度指示器的错误指示和预定高度的错误信号。的错误信号。 预定电路预定电路 当飞机的飞

32、行高度降至预定高度转换开关所指的高度当飞机的飞行高度降至预定高度转换开关所指的高度(50(50，100m100m等等) )时，预定高度信号电路将发出灯光信号和音响信号。这时，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电路的继电器工作，这时在驾驶员的耳机中可以听到3 310s10s，400Hz400Hz间断的音频信号，同时，预定

33、高度的警告灯亮，当飞机在间断的音频信号，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。低于预定高度上飞行时，预定高度信号灯一直是燃亮的。v三、恒定差频调频式无线电高度三、恒定差频调频式无线电高度（一）恒定差频调频式测高原理（一）恒定差频调频式测高原理 恒定差频调频式无线电高度表应用跟踪原理，在测高范围内将信恒定差频调频式无线电高度表应用跟踪原理，在测高范围内将信号转换为恒定差频，而在转换过程中号转换为恒定差频，而在转换过程中( (调制行程持续时间内调制行程持续时间内) )提取高度提取高度信号。其作用原理如下图。信号。其作用原理如下图。 锯齿波调频的超高频信

34、锯齿波调频的超高频信号，由发射机出发经高频头号，由发射机出发经高频头到发射天线向地面发射，同到发射天线向地面发射，同时，部分功率时，部分功率( (直接信号直接信号) )经经功率分配器进入高频头中的功率分配器进入高频头中的混频器，并与从地面反射回混频器，并与从地面反射回来的信号（反射信号）相混来的信号（反射信号）相混频，形成差频信号频，形成差频信号 。bF差频信号差频信号 与高频信号经历的时间与高频信号经历的时间 和调制参数成比例，即：和调制参数成比例，即：式中式中 = =差频；差频； （高频信号经历的时间）；（高频信号经历的时间）； 调制范围（频带）；调制范围（频带）； 调制行程持续时间；调制

35、行程持续时间； 剩余高度；剩余高度； 实际高度；实际高度； 延迟线当量高度。延迟线当量高度。 在恒定差频式无线电高度表中，差频保持不变。恒定差频由稳在恒定差频式无线电高度表中，差频保持不变。恒定差频由稳定环路保证。稳定环路包括发射机、高频头定环路保证。稳定环路包括发射机、高频头( (含混频器含混频器) )、差频放大、差频放大器、鉴频器、积分器、指数变换电路和调制器构成环路。器、鉴频器、积分器、指数变换电路和调制器构成环路。bFMbTfFcHHHBHT)( 20fMT0HTHBHH bF( (二二) )作用原理作用原理差频跟踪差频跟踪( (测高过程测高过程) )：从混频器：从混频器( (在高频头

36、中在高频头中) )输出的差频信号输出的差频信号 ，由差频，由差频放大器放大，放大后差频信号的频率进入鉴频器与鉴频器中的基准频率放大器放大，放大后差频信号的频率进入鉴频器与鉴频器中的基准频率 相相比较，如果比较，如果 ，则鉴频器将输出一个误差信号，这个误差信号加于频率，则鉴频器将输出一个误差信号，这个误差信号加于频率稳定环路的积分器上，然后再进入指数变换器，再到调制器，使调制器形成稳定环路的积分器上，然后再进入指数变换器，再到调制器，使调制器形成一个进入发射机的调制电压，这个调制电压的工作行程一个进入发射机的调制电压，这个调制电压的工作行程( (持续时间内持续时间内) )最终使最终使误差信号消失

37、（等于零）。即误差信号消失（等于零）。即 ，这时，这时 。式中的调制电压工。式中的调制电压工作行程（持续时间）与测量高度成比例。作行程（持续时间）与测量高度成比例。 bF0F0bFF0bFFMbTfF00)(2cFHHHfTBHTM为了减小调制电压工作行程持续时间内提取高度信息时调制频带为了减小调制电压工作行程持续时间内提取高度信息时调制频带 不稳定产不稳定产生的误差，在高度表中采用两个高质量的谐振腔，一个调在频率生的误差，在高度表中采用两个高质量的谐振腔，一个调在频率 ，一个调，一个调在频率在频率 ，以谐振腔的频率差，以谐振腔的频率差 - - 来保证调制频率在标准频带来保证调制频率在标准频带

38、 上，如下上，如下图所示。当发射频率达到或近似谐振回路频率时，在谐振腔的输出端产生一图所示。当发射频率达到或近似谐振回路频率时，在谐振腔的输出端产生一个为形成测量间隔的信号进入调制器，这时，前式中的个为形成测量间隔的信号进入调制器，这时，前式中的 可用代替可用代替 ，得，得测量间隔持续时间的表达式：测量间隔持续时间的表达式： 式中式中 为无线电高度表常数。为无线电高度表常数。 为符合零高度测量间隔持续时间；为符合零高度测量间隔持续时间； 为符合瞬间高度测量间隔的持续时间。保持等式为符合瞬间高度测量间隔的持续时间。保持等式 为一常数，同为一常数，同时固定的调制频率标准带恒定不变，这样就保证了测量

39、间隔的持续时间与不时固定的调制频率标准带恒定不变，这样就保证了测量间隔的持续时间与不稳定因素无关。稳定因素无关。f1f2f2f1f3ff3f00)(2cFHHHfTBHTM00()PBTBHTKHHHTT02cFfKPB)(00BHTPBHHHKTTPBTHKT 0bFF搜索过程：搜索过程： 在接通无线电高度表之初，可能没有差频信号输入差频放大在接通无线电高度表之初，可能没有差频信号输入差频放大器，这时由搜索和截获电路完成搜索和截获。搜索时，积分器器，这时由搜索和截获电路完成搜索和截获。搜索时，积分器形成一个进入指数变换器的电压送到调制器，使调制器改变调形成一个进入指数变换器的电压送到调制器，

40、使调制器改变调制电压的工作行程持续时间，直到差频频率进入差频放大器的制电压的工作行程持续时间，直到差频频率进入差频放大器的通带（截获内的持续时间）为止。这时差频信号的振幅高于截通带（截获内的持续时间）为止。这时差频信号的振幅高于截获界限，搜索停止转入测量跟踪状态。同时可以连续不断检查获界限，搜索停止转入测量跟踪状态。同时可以连续不断检查高度表的工作状态。有效信号的出现和解除决定于无线电高度高度表的工作状态。有效信号的出现和解除决定于无线电高度表的工作能力。表的工作能力。 三、三、 脉冲式无线电高度表脉冲式无线电高度表（一）测量原理（一）测量原理 脉冲式无线电高度表的测高原理：脉冲式无线电高度表

41、的测高原理：发射天线辐射的无线电高频脉冲发射天线辐射的无线电高频脉冲信号向地面方向传输，无线电波的能量的一部分被地面吸收，一部分被扩信号向地面方向传输，无线电波的能量的一部分被地面吸收，一部分被扩散，一部分连同杂波反射回来被接收天线接收。被接收的高频脉冲信号经散，一部分连同杂波反射回来被接收天线接收。被接收的高频脉冲信号经放大和检波后，加于高度测量线路。高度测量线路本身形成一种搜索脉冲。放大和检波后，加于高度测量线路。高度测量线路本身形成一种搜索脉冲。这种脉冲将在时间上与地面反射信号重合。这时，电子跟踪线路搜索并截这种脉冲将在时间上与地面反射信号重合。这时，电子跟踪线路搜索并截获反射信号，自动

42、地将搜索脉冲保持在与反射信号重合的位置上。获反射信号，自动地将搜索脉冲保持在与反射信号重合的位置上。 脉冲式无线电高度表的工作，就在于测量高频发射脉冲与地面反射脉冲之脉冲式无线电高度表的工作，就在于测量高频发射脉冲与地面反射脉冲之间的时间间隔。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测高度成比例。由于间的时间间隔。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测高度成比例。由于在该波长和所测量的高度范围内，无线电波的传播速度可以认为是不变的，在该波长和所测量的高度范围内，无线电波的传播速度可以认为是不变的，并等于光的传播速度，所以测量高度并等于光的传播速度，所以测量高度H H，可按下列公式算出：，可按下列公式算出：

43、 式中式中H H测量的高度；测量的高度； C C无线电波传播的速度；无线电波传播的速度； t t所测量的时间间隔。所测量的时间间隔。2CtH ( (二二) )脉冲式无线电高度表作用原理脉冲式无线电高度表作用原理组成：脉冲式无线电高度表组成：脉冲式无线电高度表(PB(PB18)18)，一般由收发机，测量组件，天线，一般由收发机，测量组件，天线，指针式指示器，十进制数码指示器，控制盒等组成。收发机里有发射机和接指针式指示器，十进制数码指示器，控制盒等组成。收发机里有发射机和接收机的高频部分。在测量组件里有中频放大器，电子跟踪器，脉冲传感器、收机的高频部分。在测量组件里有中频放大器，电子跟踪器，脉冲

44、传感器、脉冲计数器和检查部件。脉冲计数器和检查部件。作用原理：脉冲式无线电高度表的作用原理，见下图。作用原理：脉冲式无线电高度表的作用原理，见下图。工作状态：无线电高度表有三种工作状态，即搜索状态工作状态：无线电高度表有三种工作状态，即搜索状态( (对反射对反射脉冲脉冲) )，测高状态，测高状态( (即跟踪状态即跟踪状态) )，检查状态。以下分别说明搜索，检查状态。以下分别说明搜索和测高状态的工作情况。和测高状态的工作情况。搜索状态：搜索状态电压图如下图所示。搜索状态：搜索状态电压图如下图所示。测高状态：搜索状态电压图如下图所示。测高状态：搜索状态电压图如下图所示。 四四 、无线电高度表的剩余

45、高度、无线电高度表的剩余高度 无线电高度表的剩余高度，即飞机在停放时，接通无线电高度表时，其无线电高度表的剩余高度，即飞机在停放时，接通无线电高度表时，其指示器应只是在零高度位置。然而，在这种情况下，由于发射信号沿着馈线指示器应只是在零高度位置。然而，在这种情况下，由于发射信号沿着馈线传输，并经空间，由发射天线传播到地面，再返回至接收天线，因此，产生传输，并经空间，由发射天线传播到地面，再返回至接收天线，因此，产生了直接信号与反射信号的某些行程初差。这样，对于不同类型的飞机，根据了直接信号与反射信号的某些行程初差。这样，对于不同类型的飞机，根据无线电高度表安装位置的不同，其剩余高度也各有不同，

46、剩余高度可按列线无线电高度表安装位置的不同，其剩余高度也各有不同，剩余高度可按列线图（下图）或按下式确定：图（下图）或按下式确定： 式中式中 剩余高度（剩余高度（M M）；）； 接收和发射馈线总长度（接收和发射馈线总长度（m m）；）； 发射天线到地面和由地面到接收天线的最短距离（发射天线到地面和由地面到接收天线的最短距离（m m）( (此时此时 飞机停放在地面上飞机停放在地面上) )005 . 076. 0DLA0AL0D 无线电高度表有各种不同的类型，它们的测高方法及调制方无线电高度表有各种不同的类型，它们的测高方法及调制方式等也各不相同，目前较多使用是普通调频连续波式的无线电测式等也各不

47、相同，目前较多使用是普通调频连续波式的无线电测高原理。现就高原理。现就860F-4860F-4型无线电高度表进行简单的分析说明。型无线电高度表进行简单的分析说明。一一 、系统的组成及测高原理、系统的组成及测高原理 860F860F4 4型无线电高度表是美国型无线电高度表是美国70708080年代的产品，由美国柯年代的产品，由美国柯林斯公司生产。整机采用集成电路、印刷电路板和微处理器，因林斯公司生产。整机采用集成电路、印刷电路板和微处理器，因而体积小、重量轻，使用寿命长，可靠性高。而体积小、重量轻，使用寿命长，可靠性高。860F860F4 4型无线电高型无线电高度表是属于低高度无线电高度表，主要

48、是由收发机、高度表指示度表是属于低高度无线电高度表，主要是由收发机、高度表指示器和收发机天线等组成，其高度信息还送入器和收发机天线等组成，其高度信息还送入ADIADI姿态指引仪。姿态指引仪。第三节第三节 典型的无线电高度表典型的无线电高度表( (一一) ) 收发机收发机功能：用来测量飞机离地面的实际高度，它发射和接收从地面功能：用来测量飞机离地面的实际高度，它发射和接收从地面返回的信号，并给予计算和处理。返回的信号，并给予计算和处理。工作原理：收发机产生并输出中心频率为工作原理：收发机产生并输出中心频率为4300MHz4300MHz的调频等幅的调频等幅(FMCW)(FMCW)信号；接收机接收反

49、射回来的信号，并与发射频率比较，信号；接收机接收反射回来的信号，并与发射频率比较，产生相当于实际飞行高度的差频信号，此信号由收发机的二个产生相当于实际飞行高度的差频信号，此信号由收发机的二个微型计算机处理。一个微型计算机完成高度信息的处理，并输微型计算机处理。一个微型计算机完成高度信息的处理，并输出模拟的和数字的高度信号；另一个完成对系统工作的监控作出模拟的和数字的高度信号；另一个完成对系统工作的监控作用。收发机的高度信息也提供给自动驾驶仪和其他飞行控制系用。收发机的高度信息也提供给自动驾驶仪和其他飞行控制系统。统。工作状态：收发机设有自检装置，在收发机的面板上有一个工作状态：收发机设有自检装

50、置，在收发机的面板上有一个“测试状态测试状态”按钮灯，系统正常工作时按钮灯不亮，当按压按钮灯，系统正常工作时按钮灯不亮，当按压按钮灯时，收发机进行自检，如收发机工作正常，按钮灯时，收发机进行自检，如收发机工作正常，“测试状测试状态态”灯灯( (按钮灯按钮灯) )亮，并使高度指示器的指针指到亮，并使高度指示器的指针指到40ft(12.2m)40ft(12.2m)。电源：收发机使用电源：收发机使用115v115v，400Hz400Hz的单向交流电。的单向交流电。( (二二) ) 天线天线 无线电高度表的天线有二个，一个用于发射，一个用于接收无线电高度表的天线有二个，一个用于发射，一个用于接收高频电

51、能。高频电能。( (三三) ) 高度指示器高度指示器 无线电高度表指示器指示的高度范围从无线电高度表指示器指示的高度范围从-20-202500ft2500ft。从。从指示器上可以看出系统的工作状态，也就是系统在试验时，其指示器上可以看出系统的工作状态，也就是系统在试验时，其指针指到相应的基准点上的数值指针指到相应的基准点上的数值( (波音波音737737型飞机为型飞机为40ft40ft上上) )。指示器的刻度从一指示器的刻度从一2020500ft500ft是线性的，是线性的，5005002500ft2500ft是对数的。是对数的。 指针遮罩在某种情况下指针遮罩在某种情况下( (如超过测量范围时

52、如超过测量范围时) )隐蔽高度指针，隐蔽高度指针，警告旗的出现表明指示的高度无效。警告旗的出现表明指示的高度无效。 决断高度决断高度(DH)(DH)游标游标( (三角标志三角标志) )由决断高度控制旋钮控制，由决断高度控制旋钮控制，将游标放在预定的基准高度上，就调定了预定高度。将游标放在预定的基准高度上，就调定了预定高度。 自检开关用来引发整个系统、指示器和收发机的试验。自检开关用来引发整个系统、指示器和收发机的试验。指示器的工作情况：从收发机输出的信号，使指示器的指针指到相应高度指示器的工作情况：从收发机输出的信号，使指示器的指针指到相应高度值的刻度上，如测量高度超过值的刻度上，如测量高度超

53、过2500ft2500ft，指示器指针将隐藏在指针遮罩后面。，指示器指针将隐藏在指针遮罩后面。决断高度决断高度(DH)(DH)或最低决断高度或最低决断高度(MDA)(MDA)是由决断高度控制旋钮，旋转指示器中是由决断高度控制旋钮，旋转指示器中的游标沿指示器周围调定的，当测量的高度等于或低于决断高度时，驾驶员的游标沿指示器周围调定的，当测量的高度等于或低于决断高度时，驾驶员仪表板上的警告灯亮。仪表板上的警告灯亮。 监控器在指示器中用来监控收发机和指示器工作线路的有效性，当任一监控器在指示器中用来监控收发机和指示器工作线路的有效性，当任一部分失效时，出现警告旗，指针也将隐藏在指针遮罩后面。当关闭无

54、线电高部分失效时，出现警告旗，指针也将隐藏在指针遮罩后面。当关闭无线电高度表电源或系统在测试中，警告旗也将在指示器上出现。系统测试完好，指度表电源或系统在测试中，警告旗也将在指示器上出现。系统测试完好，指示器指示示器指示40ft40ft，同时出现警告旗。指示器见下图。，同时出现警告旗。指示器见下图。电源：指示器使用电源：指示器使用115V115V，400Hz400Hz交流和交流和30V30V直流。指示器指示灯需直流。指示器指示灯需5V5V，400Hz400Hz交流电。交流电。( (四四) ) 姿态指引仪姿态指引仪(ADI)(ADI)中的跑道升起标志中的跑道升起标志 姿态指引仪姿态指引仪ADIA

55、DI中的跑道升起标志用于飞机在起飞和着陆阶段中向驾驶中的跑道升起标志用于飞机在起飞和着陆阶段中向驾驶员提供代表飞机同跑道中心线二者空间位置的关系。员提供代表飞机同跑道中心线二者空间位置的关系。 跑道标志的水平位移由仪表着陆系统跑道标志的水平位移由仪表着陆系统ILSILS中的航向偏移信号控制，垂直中的航向偏移信号控制，垂直位移由无线电高度表测得的高度信号移动。位移由无线电高度表测得的高度信号移动。 跑道标志只有在甚高频导航跑道标志只有在甚高频导航(VHF NAV)(VHF NAV)系统波道上工作，并调到仪表着系统波道上工作，并调到仪表着陆系统频率上时，才能看到，并且在陆系统频率上时，才能看到，并

56、且在200ft200ft无线电高度上，有航向信息的指无线电高度上，有航向信息的指引下，航向刻度上才有跑道标志显示。当飞机进近下降到引下，航向刻度上才有跑道标志显示。当飞机进近下降到200ft200ft以下时，跑以下时，跑道标志垂直上升，相当于飞机高于跑道的高度。接地时，跑道标志必须在固道标志垂直上升，相当于飞机高于跑道的高度。接地时，跑道标志必须在固定飞机标记的下线。如下图所示。定飞机标记的下线。如下图所示。 ( (五五) ) 系统测高原理系统测高原理 系统发射一个等幅变化的调频信号系统发射一个等幅变化的调频信号(FM)(FM)，在接收时，为地面往返经历的，在接收时，为地面往返经历的时间所滞后

57、，它同部分发射信号相混合，产生差频，这个差频相当于飞机离时间所滞后，它同部分发射信号相混合，产生差频，这个差频相当于飞机离地的高度。地的高度。 发射信号的频率为发射信号的频率为4300MHz4300MHzAMHz(AMHz(柯林斯的柯林斯的A A为为50MHz50MHz；本迪克斯的；本迪克斯的A A为为70MHz)70MHz)。设在。设在 时间内向地面发射的频率为时间内向地面发射的频率为 ，在接收机混频器接收的反射，在接收机混频器接收的反射信号的时间为信号的时间为 ，那么，在，那么，在 时间内，发射频率增加到一个新的频率时间内，发射频率增加到一个新的频率 。在在 时刻时时刻时 和和 在混频器中

58、混频，在其输出端的频率差为在混频器中混频，在其输出端的频率差为 ，它相当于当，它相当于当时的飞行高度，经过适当处理，这个频率差变为直流电压，并送到内部其他时的飞行高度，经过适当处理，这个频率差变为直流电压，并送到内部其他系统上。其作用原理如下图所示。系统上。其作用原理如下图所示。 1F2t21tt1t1F2F2t2Ff二、电路工作原理二、电路工作原理 收发机线路工作原理，见下图。收发机线路工作原理，见下图。 收发机由三角波产生器，高频振荡器，收发机由三角波产生器，高频振荡器，高频发射机，混频器，噪声限制器，信号监视器，高度处理器，监控处理高频发射机，混频器，噪声限制器，信号监视器，高度处理器，监控处理器，比