ОТ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Преобразованный сигнал РВ – это низкочастотный сигнал с разностной частотой f_Н на выходе смесителя. Измерение высоты на борту ЛА радиотехническими методами имеет ряд специфических особенностей /1, 2/:

1) протяженный характер облучаемой земной поверхности, расположенной под ЛА;

2) излучение радиоволн в направлении, перпендикулярном поверхности;

3) измерение весьма малых расстояний (до десятков сантиметров), соизмеримых с длиной волны и средней величиной неровностей облучаемой поверхности.

При этом характер преобразованного сигнала и связанные с ним соответствующие ошибки измерения высоты зависят от параметров диаграмм направленности передающей и приемной антенн, эволюции ЛА, вида облучаемой поверхности, параметров зондирующего сигнала и степени линейности закона частотной модуляции.

В качестве основной характеристики преобразованного сигнала при облучении земной поверхности используется его спектральная плотность (энергетический спектр). Наиболее простой способ определения спектральной плотности основан на предположении о том, что отражающая поверхность представляет собой совокупность независимых элементарных отражателей, размеры которых значительно больше длины волны. Эти отражатели имеют хаотическое расположение относительно среднего уровня поверхности и случайные физические свойства. Ввиду независимости и случайности расположения многочисленных отражателей на поверхности энергетический спектр отраженного сигнала сплошной, а сам сигнал имеет нормальный закон распределения. Форма огибающей спектра (распределение энергии) определяется двусторонней диаграммой направленности (ДН) антенны. Радиовысотомеры работают, как правило, с вертикальным облучением земной поверхности (рисунок 6а).

Рисунок 6. Огибающие спектра отраженного сигнала при вертикальном

облучении (а) и при отклонении оси ДН от вертикали (б)

На рисунке использованы обозначения:

Н – измеряемая высота полет;

R_max – максимальное расстояние до i-го излучателя, расположенного на земной поверхности.

Из рисунка 6 видно, что при вертикальном направлении оси антенны сигналы, отраженные от центра площадки, соответствующего некоторой дальномерной частоте:

будут иметь максимальную интенсивность, а сигналы, отраженные от крайней кольцевой площадки, соответствующей f_Rmax, – наименьшую. Поэтому огибающая дальномерного спектра отраженного сигнала получается несимметричной с резким срезом на частоте f_Н.

В случае отклонения оси ДН от вертикали (рисунок 6б) максимум огибающей спектра несколько смещается в сторону более высоких частот. Чем шире ДН, тем менее заметно это смещение. Важно, что нижняя частота среза спектра остается равной f_Н, соответствующей истинной высоте полета самолета. Однако при больших углах отклонения мощность на частоте f_Н может стать ниже допустимого уровня. Обычно, чтобы избежать этого, ширина ДН на уровне половинной мощности Db_0,5 берется вдвое больше максимального угла крена (тангажа) d_max:

Db_0,5 = 2d_max.

Одной из важных характеристик отраженного сигнала является ширина его спектра. При вертикальном облучении можно записать следующие соотношения /1/:

,

.

С учетом этого относительная ширина спектра может быть записана в виде:

, (12)

т.е. относительная ширина спектра зависит только от ширины ДН антенны.

График зависимости (12) приведен на рисунке 7 /1/. Видно, что даже при весьма широкойДН (Db» 50°) ширина спектра незначительно превышает 10% от f_Н. Этот результат имеет большое практическое значение, т.к. отсутствие жестких требований к направленности антенны облегчает требования к ее габаритам, а широкая ДН, как было показано выше, снижает влияние эволюции самолета на точность измерения высоты.

Рисунок 7. Относительная ширина дальномерного спектра

Поиск по сайту: