[实用新型]一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表

说明书

技术领域

本实用新型属于无线电高精度测高技术领域，具体涉及一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表。

背景技术

在以往脉冲计数型无线电高度表中，阶梯误差是一种固有的误差，有文献表明有采用调制再调制技术(或称摆频技术)来降低阶梯误差，但提高程度在一个数量级以下，且采用此类技术会使测试时间增加，而解决调制信号相位转折点的影响未见解决途径。调频连续波无线电高度表中不论是恒定调制周期还是恒定差拍高度表，都需要对差拍信号进行频率测量，在传统的高度表测量中，通常通过脉冲计数方式计算差拍频率Fb从而获得高度的数据，以三角波调制方式为例，高度计算公式如式(1)所示：

式(1)：

其中H：测量高度(m)

C：光速(3×10的8次方m/s)

TS:调制周期(s)

Fb:差拍频率(Hz)

ΔF:调制带宽(Hz)

在无线电高度表中，一般采用在一定的测量时间Tm内测量脉冲个数n的方法来计算差拍频率Fb，从而获得高度信息H，这时，高度计算公式如式(2) 所示：

式(2)：

具体测试方法如图1所示。

由此可见，采用脉冲计数法的阶梯误差ΔH如式(3)所示：

式(3)：

由于C、TS、ΔF需要根据飞行高度等要求确定，ΔH与Fb单次测量时间Tm成反比，Tm越长阶梯误差ΔH就越小，但Tm增加又会导致高度表测高数据刷新率下降。按以往高度表采用的参数计算，为保证高度刷新率，采样周期一般不超过20ms，高度表的阶梯误差ΔH最小在0.5m。

另外，当调频连续波高度表(包括恒定差拍或恒定调制周期体制)在调制周期信号相位转折点时，由于相位不连续会带来“毛刺”信号，如图2所示。由于恒定差拍体系高度表采用的是锯齿波信号，其相位突变更大，由此带来的“毛刺”信号更加严重。根据前文所述，“毛刺”信号会在计数周期内造成脉冲数量多计的情况，由此会带来一个偏高的固定误差，当高度较高时，此情况带来的固定误差影响较小，当高度很低时，就会产生一个较高的偏高误差。当高度较低，海面反射情况复杂时，转折点带来的误差就成为一个不可忽视的情况。而现有的调频式无线电高度表测量精度通常在3％上下，日益不能满足使用要求。

因此，急需本领域技术人员致力于设计一种能大大提高测量精度的高度表来满足测高需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的测量精度低的缺陷提供了一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自校准式全量程高精度调频无线电高度表，包括电源、调频微波源、放大器、延迟线、CPU板、馈线、发射天线和接收天线；所述调频微波源、放大器和CPU板均与所述电源连接；所述调频微波源与所述放大器电性连接；所述放大器与所述发射天线通过所述馈线电性连接；所述接收天线通过所述馈线与所述CPU板电性连接；所述延迟线与所述调频微波源电性连接；所述延迟线与所述CPU板电性连接。

进一步，所述CPU板内设置有数据处理模块和调频信号控制模块；所述调频信号控制模块控制所述调频微波源产生调频信号；所述数据处理模块处理所述延迟线和所述接收天线接收到的信号数据。

进一步，为了保证测量的精度，所述延迟线的长度不得小于50厘米，所述延迟线的稳定度在1‰以上。

进一步，所述发射天线和所述接收天线均为微带背腔天线。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

1.本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，相对于现有的高度表，零部件大大减少，各部件之间的连接简单，因此，本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表结构简单、故障率大大降低，重量仅有200 克左右。

2.本实用新型的自校准式全量程高精度调频无线电高度表，通过在高度表内设置一条稳定度在1‰以上的延迟线，在向地面发射调频电磁波的同时，也向自备的延迟线发射调频电磁波信号，这样用同一调频电磁波来计量，其测量误差是相同的，同时出现在分子和分母上，可以相互抵消，可大大提高测量精度。

3.由于其他高度表精度在±2-3％，在高量程中，如30000米量程中，会积累±600-900米误差，无法完成高度表精确匹配地形的要求，所以其他调频无线电高度表最高量程为6000米，本实用新型高度表，由于精度可以达到1‰以上，所以可以覆盖现有无人机最高30000米量程，积累误差仅有±30米，仍可以较好匹配地形。