本發(fā)明涉及雷達(dá)導(dǎo)航的，具體地，涉及預(yù)偏置本振的無線電高度表。

背景技術(shù)：

1、無線電高度表是一種常用的航空設(shè)備，用于測量飛行器距離地(海)面的垂直距離，最大量程1500m以下的無線電高度表通常采用調(diào)頻連續(xù)波體制。

2、調(diào)頻連續(xù)波體制無線電高度表一般由接收發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收天線、發(fā)射電纜、接收電纜組成。

3、調(diào)頻體制無線電高度表基本原理方框圖如圖1所示，調(diào)頻無線電高度表發(fā)射機(jī)是一個(gè)調(diào)頻振蕩器，它受調(diào)制器調(diào)制，產(chǎn)生連續(xù)波調(diào)頻信號(hào)。調(diào)制形式可以是三角波調(diào)制、鋸齒波調(diào)制或正弦波調(diào)制。前兩種是線性調(diào)頻，后者是非線性調(diào)頻。發(fā)射機(jī)輸出調(diào)頻信號(hào)如圖2所示(為說明方便把發(fā)射信號(hào)簡化成單一頻譜信號(hào))。圖中，δf為調(diào)頻信號(hào)的最大頻率f2與最小頻率f1之差，稱為調(diào)頻頻偏；τ為電波從發(fā)射天線至地面再反射回到接收天線所產(chǎn)生的延遲時(shí)間，τ＝2h/c(c為無線電波在空中傳播速度，h為飛行器高度)；fb為差拍信號(hào)，它是某一時(shí)刻發(fā)射信號(hào)頻率(直達(dá)信號(hào)頻率)與回波信號(hào)頻率之差；tm為掃頻時(shí)間。

4、發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)的大部分能量通過發(fā)射電纜饋送給發(fā)射天線向地面發(fā)射，另外，通過耦合器耦合出一小部分能量(也稱直達(dá)信號(hào))輸給混頻器作為本振信號(hào)，這兒要指出的是直達(dá)信號(hào)除能量大小之外其余性質(zhì)與發(fā)射信號(hào)完全相同，當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)出一個(gè)頻率為f的信號(hào)后，近地面反射經(jīng)過后τ＝2h/c的時(shí)間后回到高度表，機(jī)內(nèi)的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)繼續(xù)以△f/tm的速度掃頻，此時(shí)其頻率為f+2(h/c)*(δf/tm)，兩者經(jīng)過混頻器獲得的混頻信號(hào)fb＝(2h/c)*(δf/tm)

5、經(jīng)整理得到：

6、

7、此公式為調(diào)頻無線電高度表基本測高公式。由于光速c為常數(shù)，從中可看到高度h是tm、fh和△f的三元函數(shù)。因此只要確定三個(gè)參數(shù)中的兩個(gè)，被測高度h必然與第三個(gè)參數(shù)成線性或反比例關(guān)系。公式亦可變形如下：

8、

9、根據(jù)國家無線電頻率管理的相關(guān)要求，高度表工作頻率為4200mhz～4400mhz，即△f最大為200mhz，通常△f取150mhz，將光速及△f代入(2)，并將掃頻時(shí)間tm改為掃頻頻率fm可得fb＝h*fm(3)

10、高度表需要獲得fb的準(zhǔn)確頻率才能換算成高度，這就需要至少獲得fb的2個(gè)以上周期信號(hào)才能對(duì)fb的頻率進(jìn)行精確測量，從(3)可以得知，從以上公式可以看出，當(dāng)高度小于2m時(shí)，中頻頻率fb已經(jīng)低于掃頻頻率fm，即此時(shí)中頻頻率fb已無法在一個(gè)掃頻周期內(nèi)獲得兩個(gè)完整的周期信號(hào)。即該方法的最低測量高度只能達(dá)到2m，事實(shí)上為確保測量的準(zhǔn)確性，該方法的最低測量高度一般限制在4m以上。

11、目前有幾種方法解決以上問題：更改工作頻率，通常采用毫米波頻段以獲得較大的掃頻帶寬△f，但此方法的工作頻率不符合國家規(guī)定。限制了該方法在大部分飛行器上的應(yīng)用。通過測量多個(gè)tm周期內(nèi)的頻率累計(jì)以獲得中頻頻率fb，但此方法會(huì)受到三角波調(diào)制或鋸齒波調(diào)制時(shí)相位突變點(diǎn)的干擾信號(hào)影響，fb測測量精度誤差較大，從而降低了低高度的測高精度。圖1中的發(fā)射饋線以及接收饋線在實(shí)際工作中也會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生延遲，并計(jì)入高度，此段高度稱為“剩余高度”，式4變?yōu)?/p>

12、

13、其中，l為電纜長度；ε為電纜介電常數(shù)。通過此方法，可將fb的頻率提高，從而有效的降低了高度表的最低測量高度。這也是目前調(diào)頻連續(xù)被高度表的主流解決方案。但此方法增加了電纜長度，增加了重量，限制了在對(duì)體積重量極為敏感的小型或者微型飛行器上的應(yīng)用。

14、傳統(tǒng)無線電高度表在低高度時(shí)測量精度受限，最低測量高度一般限制在4m以上，且電纜線長度增加導(dǎo)致體積重量大。因此，需要提出一種新的技術(shù)方案以改善上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)偏置本振的無線電高度表。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種預(yù)偏置本振的無線電高度表，包括：

3、發(fā)射信號(hào)源模塊：用于產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；

4、預(yù)偏置本振模塊：用于產(chǎn)生與發(fā)射信號(hào)源模塊同步但相位滯后的預(yù)偏置調(diào)頻連續(xù)波本振信號(hào)；

5、射頻控制模塊：用于控制發(fā)射信號(hào)源模塊和預(yù)偏置本振模塊；

6、混頻器模塊：用于將預(yù)偏置本振信號(hào)與接收到的地面回波信號(hào)混頻，產(chǎn)生包含預(yù)偏置頻率的中頻信號(hào)；

7、計(jì)算電路模塊：用于根據(jù)中頻信號(hào)計(jì)算當(dāng)前的高度值。

8、優(yōu)選地，所述發(fā)射信號(hào)源模塊與預(yù)偏置本振模塊在同一個(gè)時(shí)鐘源下工作，且兩者工作同步。

9、優(yōu)選地，所述預(yù)偏置本振模塊的調(diào)制周期與發(fā)射信號(hào)源模塊的調(diào)制周期相同，所述預(yù)偏置本振模塊的調(diào)制相位比發(fā)射信號(hào)源模塊的調(diào)制相位滯后。

10、優(yōu)選地，所述滯后時(shí)間是根據(jù)所需測量的最低高度和調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)確定。

11、優(yōu)選地，還包括功率放大模塊，用于將發(fā)射信號(hào)源的射頻信號(hào)放大，并通過發(fā)射饋線連接至發(fā)射天線。

12、優(yōu)選地，所述發(fā)射饋線能夠取消，所述發(fā)射部分一體化設(shè)計(jì)。

13、優(yōu)選地，還包括接收饋線，用于連接接收天線和混頻器模塊，所述接收饋線能夠取消，所述接收部分一體化設(shè)計(jì)。

14、優(yōu)選地，所述計(jì)算電路模塊通過處理混頻器模塊產(chǎn)生的中頻信號(hào)，利用調(diào)頻無線電高度表基本測高公式計(jì)算當(dāng)前的高度值。

15、優(yōu)選地，所述發(fā)射信號(hào)源模塊和預(yù)偏置本振模塊均采用基于高性能pll平臺(tái)的小數(shù)頻率合成器，所述小數(shù)頻率合成器包括hmc703lp4e。

16、優(yōu)選地，所述小數(shù)頻率合成器由用戶自行寫入調(diào)制信號(hào)的起始頻率、終止頻率、調(diào)制率參數(shù)，并在trig信號(hào)的控制下開始三角波上升沿以及下降沿的調(diào)制。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

18、1、本發(fā)明通過引入預(yù)偏置本振信號(hào)，有效解決了傳統(tǒng)高度表在低高度情況下中頻頻率偏低、無法準(zhǔn)確測量的問題；預(yù)偏置本振信號(hào)的使用，使得中頻頻率fb增加了一個(gè)固定的預(yù)偏置頻率f，從而即使在低高度時(shí)也能保證中頻頻率足夠高，以在一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)完成測量；顯著降低了高度表的最低測高范圍，提高了其在低空飛行或著陸階段的測高精度和可靠性；

19、2、本發(fā)明通過預(yù)偏置本振信號(hào)的設(shè)計(jì)，取消了或根據(jù)實(shí)際需求大幅縮短了射頻饋線，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化；降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還顯著減輕了體積和重量，使得高度表更加適用于對(duì)體積和重量有嚴(yán)格要求的小型或微型飛行器；

20、3、本發(fā)明射頻饋線的取消或縮短，不僅減輕了體積重量，還減少了饋線損耗，從而提高了發(fā)射功率；更高的發(fā)射功率意味著更強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度和更遠(yuǎn)的傳輸距離，對(duì)于提高高度表的測量精度和抗干擾能力具有重要意義；減少鏈路損耗也有助于降低系統(tǒng)的整體功耗，延長飛行器的續(xù)航時(shí)間；

21、4、本發(fā)明的技術(shù)方案基于現(xiàn)有的調(diào)頻連續(xù)波無線電高度表進(jìn)行改進(jìn)，通過增加預(yù)偏置本振信號(hào)模塊和相應(yīng)的控制邏輯即可實(shí)現(xiàn)；并不涉及復(fù)雜的硬件或軟件設(shè)計(jì)，因此易于實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用；保持高度表4200～4400mhz的工作頻率，使得具有廣泛的適用性，可以應(yīng)用于各種不同類型的飛行器上。