一种高度表模拟器及其模拟方法与流程

本发明涉及无线电高度测量领域，尤其涉及一种模拟高度表模拟器和模拟方法。

背景技术：

无线电高度表是飞机上必不可少的设备，它用来测量飞机至大地表面的距离。其原理是飞机上设置有无线电高度表的发射机和接收机，利用测量往返电磁波传播延迟时间来确定地面到飞机的高度。高度表模拟器是对无线电高度表进行综合性能测试的关键设备，可以连续模拟无线电高度表在各种高度的回波信号，从而完成高度表的高度测试。

目前，市场上的高度表模拟器主要分为两种，一种是数字高度表模拟器，另一种是模拟高度表模拟器。数字高度表模拟器即是内部采用数字延时芯片对信号进行存储，存储一定时间后再传输出去。其好处是体积小，容易实现任意高度的模拟，坏处是数字芯片处理信号时，延迟时间不能过短，一般最短在700ns（700ns的延迟时间换算成对应高度为105m）左右，并且数字芯片在处理信号时，杂散严重，不易处理；模拟高度表模拟器，其原理是采用声表面波延迟线作为主要延时器件，其精度取决于制版精度，非常容易保证产品的一致性和精度，不需要额外的修正补偿，方便组成二进制延迟线开关矩阵，所谓二进制延迟线开关矩阵，就是其高度按二进制排列设置，实现采用少量的延迟线实现大范围、高精度、连续的高度模拟。

模拟高度表模拟器采用声表面波延迟线技术，现有的声表面波延迟线延迟时间最小可以做到53ns（53ns的延迟时间换算成对应高度约为8m），而8m以下高度模拟，采用线绕的方式，再用二进制组合，可极大的提高高度表模拟器的高度模拟精度。但声表波延迟线工作频率一般至少为800mhz，线绕和二进制组合，须接入上下变频组件，接入器件会使得延迟时间增加进而使高度表模拟器“绝对0m”的下限提高。所谓“绝对0米”是每台高度表模拟器设置归0时，理论上是模拟信号无延迟，但实际模拟信号在模拟器中因为器件和走线会产生一定的延迟时间t，以至于高度表模拟器对高度表测试时会因为延迟时间t使得测试高度表时的归0值对应的实际模拟高度永远大于0m，无法达到绝对的0m值。例如：现有的0-8000m高度表模拟器，“绝对0m”的模拟时延为20ns（对应实际高度为3m），127m高度模拟器“绝对0m”的模拟时延在10ns（对应实际高度为1.5m）左右。所以，模拟高度为0-8000米的高度表模拟器，实际是3-8003m的高度模拟，模拟高度为0-127m的高度表模拟器，实际是1.5-128.5m的高度模拟。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高度表模拟器及其模拟方法。

第一方面，本发明提供一种高度表模拟器，包括前级放大模块、后级放大模块、本振模块以及二进制延迟线开关矩阵、前混频器、后混频器、链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关，所述前级放大模块与所述前混频器连接，所述前混频器与所述二进制延迟线开关矩阵连接，所述二进制延迟线开关矩阵与所述后混频器连接，所述后混频器与所述后级放大模块连接，所述本振模块分别与所述前混频器和后混频器连接，所述链路a第一开关设置于所述前级放大模块内，所述链路b第一开关设置于所述前级放大模块和所述前混频器之间，所述链路a第二开关设置于所述后级放大模块内，所述链路b第二开关设置于所述后混频器和所述后级放大模块之间，所述链路a第一开关与所述链路a第二开关连接，构成第一级高度模拟链路a，所述链路b第一开关与所述链路b第二开关连接，构成第二级高度模拟链路b。

进一步地，所述后级放大模块包括后级放大器、滤波器和后级衰减器，所述后级放大器与所述滤波器连接，所述滤波器与所述后级衰减器连接，所述链路a第二开关设置于所述滤波器和所述后级衰减器之间。

进一步地，所述前级放大模块包括前级衰减器、前级放大器，所述链路a第一开关设置于所述前级衰减器和所述前级放大器之间。

进一步地，所述链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关均为单刀双掷开关。

第二方面，本发明提供的一种模拟高度的方法，所述方法内容包括：模拟器初始化，设置高度模拟主链路，设置第一级高度模拟链路a，设置第二级高度模拟链路b，准备高度模拟：

选择第一级高度模拟链路a，将链路a第一开关、链路a第二开关均切换到链路a，启动第一级高度模拟；

选择第二级高度模拟链路b，将链路a第一开关、链路a第二开关均切换到主链路，将链路b第一开关、链路b第二开关均切换到链路b，启动第二级高度模拟；

选择高度模拟主链路，链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关均切换到主链路，启动高度模拟主链路模拟。

进一步地，所述链路a第一开关和链路a第二开关在主链路和链路a之间切换，所述链路b第一开关和链路b第二开关在主链路和链路b之间切换。

本发明的有益效果在于：

本发明相对于现有的高度表模拟器加设了两条高度模拟链路，将链路a第一开关与链路a第二开关连接，构成第一级高度模拟链路a，链路b第一开关与链路b第二开关连接，构成第二级高度模拟链路b。

高度表模拟器的“绝对0m”则对应选择第一级高度模拟链路a，此外，为了提高高度步进的精度增加设置了第二级高度模拟链路b。采用第一级高度模拟链路a，能够使模拟时延降低到2.5ns（对应实际高度为0.375m），采用第二级高度模拟链路b的模拟时延达到6.8ns（对应实际高度为1.05m），本发明有效降低了高度表模拟器的“绝对0m”的模拟时延，使“绝对0m”的模拟时延降低至2.5ns（对应实际高度0.375m），也就是将“绝对0m”的实际模拟高度降低到0.375m，有效的提高了高度表模拟器的高度模拟精度，使其对高度表检验时，更加精确、合理，有助于提高高度表测试精度，使飞行器的高度对工程师（或操作者）有更直观的体现，让工程师对飞行器的高度及安全行驶更好的把控。

附图

图1：本发明模拟器的原理结构图；

图2：本发明模拟器中的二进制延迟线开关矩阵原理结构图；

图3：本发明的模拟方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的一种高度表模拟器，包括前级放大模块、后级放大模块、本振模块、二进制延迟线开关矩阵、前混频器、后混频器、链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关，前级放大模块与前混频器连接，前混频器与二进制延迟线开关矩阵连接，二进制延迟线开关矩阵与后混频器连接，后混频器与后级放大模块连接，本振模块分别与前混频器和后混频器连接，链路a第一开关设置于前级放大模块内，链路b第一开关设置于前级放大模块和前混频器之间，链路a第二开关设置于后级放大模块内，链路b第二开关设置于后混频器和后级放大模块之间，链路a第一开关与链路a第二开关连接，构成第一级高度模拟链路a，链路b第一开关与链路b第二开关连接，构成第二级高度模拟链路b。

链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关均为单刀双掷开关。前级放大模块包括前级衰减器、前级放大器，链路a第一开关设置于前级衰减器和前级放大器之间。后级放大模块包括后级放大器、滤波器和后级衰减器，后级放大器与滤波器连接，滤波器与后级衰减器连接，链路a第二开关设置于滤波器和后级衰减器之间。需要注意的是，在现有技术中滤波器连接在后级衰减器后，而本发明中为保证声表波信号经过链路a的时延最小化，将滤波器搬移至后级衰减器前，因为实际测得信号经过滤波器的时延为4ns，而经过衰减器的时延为1.2ns，信号经过滤波器的时延比衰减器的时延要多2.8ns，因此链路a选择通过后级衰减器而不是滤波器。另外，本发明中为了降低时延，优化了滤波器的时延，现信号经过滤波器的时延已优化降至2.9ns。

如图3所示，本发明提供的一种模拟高度的方法，方法内容包括：模拟器初始化，设置高度模拟主链路，设置第一级高度模拟链路a，设置第二级高度模拟链路b，准备高度模拟：

选择第一级高度模拟链路a，将链路a第一开关、链路a第二开关均切换到链路a，启动第一级高度模拟；选择第二级高度模拟链路b，将链路a第一开关、链路a第二开关均切换到主链路，将链路b第一开关、链路b第二开关均切换到链路b，启动第二级高度模拟；选择高度模拟主链路，链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关均切换到主链路，启动高度模拟主链路模拟。

链路a第一开关和链路a第二开关在主链路和链路a之间切换，链路b第一开关和链路b第二开关在主链路和链路b之间切换。

如图1所示，现有的高度表模拟器的模拟路径只有主链路一条，其路径为：前级放大模块→前混频器→二进制延迟线开关矩阵→后混频器→后级放大模块。值得注意的是其“绝对0m”模拟时，如图2所示，二进制延迟线开关矩阵其内部所有开关均切换到通路。例如现有技术中0-8000m高度表模拟器的“绝对0m”的模拟时延如表1：

表1

从表1中可见，采用现有技术，0-8000m高度表模拟器“绝对0m”的模拟时延为20ns（对应实际高度为3m）。因此0-8000m高度表模拟器实际模拟高度为3-8003m。

本发明的第一级高度模拟链路a为高度表模拟器“绝对0m”的模拟路径，模拟路径为：前级衰减器→后级衰减器，模拟时将链路a第一开关、链路a第二开关均切换到链路a，启动第一级高度模拟，第一级高度模拟链路a的模拟时延如表2：

表2

信号经过第一级高度模拟链路a的总时延为2.5ns（对应实际高度为0.375m），也就是说一台0-8000m的高度表模拟器采用本发明的技术方案其“绝对0m”对应的实际高度值为0.375m，相对于现有的“绝对0m”的实际高度值3m，大大缩减了绝对0米的模拟时延，进而降低了“绝对0m”对应的实际高度值，提高了模拟精度。

为了提高模拟高度的步进精度，增设了第二级高度模拟链路b，信号走链路b的路径为：前级放大模块→后级放大模块，模拟时延表如表3：

表3

如表3可见，信号走第二级高度模拟链路b的模拟时延为6.8ns（对应实际高度为1.05m），第二级高度模拟链路b的设置可以增加高度的步进精度。而后若要进一步地高度步进，则选择高度模拟主链路，并通过主链路中的二进制延迟线开关矩阵来实现模拟高度的二进制步进。

综合来说，本发明在高度表模拟器的主链路上的合适位置，设置有链路a第一开关、链路a第二开关、链路b第一开关、链路b第二开关，相当于增加了两条高度模拟链路，通过将链路a第一开关与链路a第二开关连接，构成第一级高度模拟链路a，链路b第一开关与链路b第二开关连接，构成第二级高度模拟链路b。将第一级高度模拟链路a作为高度表模拟器“绝对0m”的模拟路径，改变了现有的高度表模拟器“绝对0m”的模拟路径，大大降低了模拟时延，使高度表模拟器的“绝对0m”对应的实际模拟高度降低至0.375m，另外，设置有第二级高度模拟链路b，提高了高度模拟的步进精度。