Погрешности радиовысотомеров больших и малых высот.

 

    Первую группу погрешностей образуют методические, связанные со случайным характером принятого сигнала, изменением рассеивающих свойств земной поверхности в процессе полета, влиянием крена и тангажа ЛА, флуктуациями сигнала из-за процесса рассеяния ЭМ волн, шумами внешнего и внутреннего происхождения. Все эти погрешности можно разбить на две составляющие:

-ошибки из-за смещения средней оценки измерения высоты

-флуктуационные ошибки

Вторая группа связана с динамическими ошибками. В радиовысотомерах они возникают из-за маневров ЛА: измерение высоты сильнопересеченного рельефа, использования РВ в системах управления самолета и других случаях. Так как измерительные устройства РВ имеют динамические характеристики соответствующего порядка, то при наличии вышеуказанных причин имеет место отставание в измерении высоты и возникает динамическая ошибка.

Третью группу составляют инструментальные (аппаратурные) погрешности, связанные с прохождением сигналов через антенно- фидерные, приемно-передающие и измерительные тракты РВ, а также ошибки из-за схемных конструктивных и технологических решений конкретных блоков РВ.

Для радиовысотомеров малых высот периодичность закона модуляции и способ измерения частоты ограничивают минимальную рабочую высоту. При периодическом законе модуляции частоты фаза преобразованного сиг­нала, соответствующего отражению от одиночной цели, периодически меняется с частотой модуляции излучаемых колебаний. Спектр преобразованного сиг­нала содержит только те составляющие, частоты которых кратны частоте моду­ляции F_M. Если в РВ использован измеритель частоты типа счетчика числа пе­реходов сигнала через нуль, то при изменении высоты частота следования им­пульсов на входе счетчика меняется дискретно, оставаясь кратной F _M. Минималь­ное значение этой частоты

       Fp_min ⁼ F _M.                                                         (10)

Это явление приводит к ограничению минимальной высоты той величиной Н _min, которая соответствует F_pmin. При симметричных законах ЧМ

                              H_min = 0,125сD f _Д^-1»37,5D f _Д ^-1м                 (11)

где девиация частоты D f _Д берется в мегагерцах. При D f _Д  равной, например, 50 МГц, Н _min = 0,75 м. Для уменьшения   Н _min необходимо увеличивать девиацию частоты D f _Д . Получение больших D f _Д  тем проще, чем выше несущая частота излучаемых колебаний.

Непрерывный характер излучения в частотном РВ приво­дит к появлению на входе приемника прямого (просочившегося) сигнала, обус­ловленного электромагнитной связью передающего и приемного трактов. Прямой сигнал состоит из двух составляющих, каждая из которых промодулирована по амплитуде и фазе по случайным законам. Первая из этих составляющих представляет собой просочившийся сигнал передатчика, а вторая-тот же сигнал, не попадающий на вход приемника из-за отражений от элементов конструкции самолета. Параметры случайной модуляции сигнала передатчика определяются характеристиками генератора высокой частоты, в то время как параметры модуляции отраженного сигнала зависят от изменения взаимного расположения антенн РВ и отражающих элементов конструкции, вызываемого вибрациями ЛА.

Наибольшее влияние оказывают амплитудно-модулированные составляю­щие прямого сигнала. Они вызывают появление на выходе балансного смесителя шумового напряжения, основная доля энергии спектра которого приходится на низкочастотную часть, т. е. на тот участок, где располагаются частоты Fp_min – Fp_max, соответствующие измеряемым высотам полета.

Мощность шумов на выходе балансного смесителя, вызываемых прямым сигналом, не зависит от высоты полета, в то время как мощность полезного сиг­нала убывает с ростом высоты. Поэтому на некоторой высоте эти мощности ста­новятся соизмеримыми, что вызывает ухудшение точности РВ и приводит к огра­ничению максимальной высоты H_{m ах} (или высотности РВ). Подобное ограничение H_max имеет место и в доплеровских измерителях скорости при излучении не­прерывных колебаний.

Входящий в выражение для H_{m ах} средний коэффициент шума приемника

                                         Ш = Ш_прм + DШ_прм                                           (12)

где DШ_прм — коэффициент шума при отсутствии прямого сигнала; DШ_ПРД=DШ_ПРД+DШ_ВИБ —прирост коэффициента шума за счет просачивания сигнала передатчика (DШ_ПРД) и промодулированной виброшумами составляющей (DШ_ВИБ).

Если оговорена максимально допустимая величина

                                        m _max =DШ_ПРМ /Ш_ПРМ                                          (13)

то требуется определенное ослабление прямого сигнала по сравнению с излуча­емым, т. е. определенная развязка передающего и приемного трактов b_р.т:

       b_р.т £ 4.10^-21m  Ш_ПРМ (Р _ш._ген + 0,25 m _п ² P ₀)^{- 1}              (14)

где Р ₀ — мощность передатчика; Р _ш.ген — мощность собственных шумов пере­датчика (зависит от типа генератора); m _п - коэффициент паразитной ампли­тудной модуляции виброшумами.

Если принять m =0,1; Ш_ПРМ =100; Р₀ = 0,5¸1 Вт; Р _ш._ген =10^-12- 10^-14; m_n = 10^-6 ¸10^-7, то требуемая развязка b_р.т составляет 10^-6 -10^-8 или 60-80 дБ.

Радикальным средством борьбы с шумами, вносимыми прямым сигналом, является улучшение шумовых характеристик генератора и увеличение развязки, т. е. уменьшение b_р.т. Реализация последней рекомендации требует рациональ­ного размещения антенн РВ.

В качестве дополнительного средства уменьшения шумов применяют филь­тры, вырезающие низкочастотный участок спектра преобразованного сигнала, где сосредоточена основная часть энергии мешающих шумов.

Методические ошибки радиовысотомеров больших высот возникают вследствие непостоянства скорости распространения радиоволн при изменении условий распространения v появляющемся при этом отличии скорости распространения радиоволн е реальных условиях от скорости распространения, принятой в качестве расчетной (299762*1000 м/сек).

Инструментальные погрешности. Одной из причин возникновения инструментальной ошибки является неудовлетворительная настройка и регулировка радиовысотомера. К ошибкам в отсчете высоты могут привести: искажение формы развертки и эксцентричность окружностей развертки по отношению к масштабной шкале, неточная установка зондирующего импульса на нуль шкалы высот, определяемая в значительной мере формой и амплитудой зондирующего импульса, а также нестабильная работа синхронизатора. Вследствие этого зондирующий и отраженный импульсы, просматриваемые на экране индикатора, будут перемещаться ("дрожать").

Рис. 8 Масштабная шкала радиовысотомера

Ошибки при изменении высоты могут возникнуть при расстройке синхронизатора, вследствие которой нарушается связь масштабной шкалы с длительностью развертки, определяемой периодом синусоидальных колебании синхронизатора.

Точность отсчета высоты определяется точностью задания масштабной шалы и ценой ее деления.

В радиовысотомере масштабная шкала (рис.8) при диаметре d=51мм имеет 75 делений. Следовательно, по окружности в каждом делении шкалы содержится 2,14 мм. Цена деления на грубом масштабе (М х 10) составляет

(Н_макс'/2*п*г)*2,14=200,5 м.                          (15)

и на точном (М х 1):

(Н_макс"/2*п*г)*2,14=20,05 м.                       (16)

Таким образом, при измерении высоты с предельной точностью до половины деления шкалы отсчет может быть произведен с точностью до 10 или 100 м в соответствии с масштабами измерений.

Отсчет высоты производится в следующей последовательности. На грубом масштабе (М х 10) производится отсчет высоты и округляется до ближайшей меньшей величины, кратной 1500 м (рис.8) Затем на точном масштабе (М х 1) определяется высота, не учтенная при первом измерении. Сумма значений высот, полученных на обоих масштабах, будет представлять собой истинную высоту полета.

Ошибки обстановки или условий измерений возникают при продольных или поперечных кренах самолета ввиду значительной остроты характеристик направленности антенн радиовысотомера, так как измеряется не высота полета, а наклонная дальность до отражающей поверхности (рис.9).

Рис.  9. Ошибки в измерении высоты при эволюциях самолета

 

Точность РВ можно оценить суммарной погрешностью

                                       s _H =(n ²s_M²+M² s _n ²)^1/2                                         (17)

где n- разностная частота или период модуляции в зависимости от типа РВ; s _Н, s _n -средние квадратические погрешности определения высоты и из­мерения параметра; s_M-среднее квадратическое значение нестабильности масштабного коэффициента М.

Нестабильность масштабного коэффициента приводит к погрешности

s_H1 = Н s_M / М .                         (18)

Существенного уменьшения данной погрешности добиваются, при­меняя специальное устройство для поддержания М = const (т. е. для сохране­ния постоянства T_M/D f _Д или F_p1/D f _Д).

Величина Мдля уменьшения суммарной погрешности должна быть по воз­можности малой, что достигается, главным образом, увеличением девиации ча­стоты излучаемых ЧМ колебаний.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: