调频无线电测高仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种调频无线电测高仪，包括MCU以及依次连接的事件计数器、第一锁存器和第一缓存器；依次连接的脉冲产生单元、时基计数器、第二锁存器、第二缓存器；依次连接的调制信号发生器、闸门信号发生器和时序逻辑控制器，所述事件计数器和脉冲产生单元分别与所述时序逻辑控制器连接，所述第一缓存器、第二缓存器、闸门信号发生器、调制信号发生器分别与MCU连接，所述调制信号发生器连接至所述第一锁存器、第二锁存器、第一缓存器和第二缓存器。本实用新型采用与调制周期相关的闸门信号发生器来解决调制信号相位转折点的影响，从而实现无线电高度表高精度测高。
【专利说明】
调频无线电测高仪
技术领域
[0001] 本实用新型涉及无线电高精度测高技术领域，具体地，涉及一种调频无线电测高 仪。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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F b 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：
[0004]
(1；)
[0005] 其中
[0006] H:测量高度(m)
[0007] (：:光速（3\108111/8)
[0008] Ts:调制周期（s)
[0009] Fb:差拍频率(Hz)
[0010] AF:调制带宽（Hz)
[0011]在无线电高度表中，一般采用在一定的测量时间1内测量脉冲个数η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：
[0012]
(2)
[0013] 具体测试方法如图1所示。
[0014] 由此可沖i+教法的阶梯误差Δ H如式3所示：
[0015]
i 3 )
[0016]由于C、TS、AF需要根据飞行高度等要求确定，△ H与Fb单次测量时间1?成反比，Tm 越长阶梯误差AH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△ H最小 在0.5m。
[0017] 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。
[0018] 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。 【实用新型内容】
[0019] 针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种调频无线电测高仪。
[0020] 根据本实用新型的一个方面，提供一种调频无线电测高仪，其特征是，包括M⑶以 及依次连接的事件计数器、第一锁存器和第一缓存器;依次连接的脉冲产生单元、时基计数 器、第二锁存器、第二缓存器;依次连接的调制信号发生器、闸门信号发生器和时序逻辑控 制器，所述事件计数器和脉冲产生单元分别与所述时序逻辑控制器连接，所述第一缓存器、 第二缓存器、闸门信号发生器、调制信号发生器分别与MCU连接，所述调制信号发生器连接 至所述第一锁存器、第二锁存器、第一缓存器和第二缓存器。
[0021] 优选地，所述MCU包括调制信号控制模块、闸门信号控制模块和差拍信号控制模 块，所述调制信号控制模块控制所述调制信号发生器产生高度表的调制信号;所述闸门信 号控制模块控制所述闸门信号发生器根据所述调制信号发生器送来的调制周期的相位信 息去除相位转折点并结合差拍信号信息后形成闸门信号送给所述时序逻辑控制器，所述时 序逻辑控制器根据所述闸门信号以及所述本地脉冲控制第一缓存器和第二缓存器得到正 确的计数结果，差拍信号控制模块读取第一缓存器和第二缓存器的计数结果后计算获得精 确的差拍信号频率信息，计算出无线电高度表的测高信息。
[0022] 与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
[0023] 采用与调制周期相关的闸门信号发生器来解决调制信号相位转折点的影响，从而 实现无线电高度表高精度测高。
【附图说明】
[0024] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：
[0025] 图1为现有的脉冲计数方法的波形图；
[0026] 图2为现有的脉冲计数方法中调制周期信号相位转折点时出现的"毛刺"信号示意 图；
[0027] 图3为本实用新型的测高仪结构框图；
[0028] 图4为本实用新型的调制信号时序图。
[0029] 图中：1为M⑶，2为事件计数器，3为第一锁存器，4为第一缓存器，5为脉冲产生单 元，6为时基计数器，7为第二锁存器，8为第二缓存器，9为调制信号发生器，10闸门信号发生 器，11为时序逻辑控制器。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的 技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领 域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。 这些都属于本实用新型的保护范围。
[0031] 参见附图3，包括MCUl以及依次连接的事件计数器2、第一锁存器3和第一缓存器4; 依次连接的脉冲产生单元5、时基计数器6、第二锁存器7、第二缓存器8;依次连接的调制信 号发生器9、闸门信号发生器10和时序逻辑控制器11，事件计数器和脉冲产生单元分别与所 述时序逻辑控制器连接，所述第一缓存器、第二缓存器、闸门信号发生器、调制信号发生器 分别与MCU连接，所述调制信号发生器连接至所述第一锁存器、第二锁存器、第一缓存器和 第二缓存器。
[0032] MCU包括调制信号控制模块、闸门信号控制模块和差拍信号控制模块，事件计数器 对输入的差拍信号计数，并将计数值送到第一锁存器，同样本地脉冲发生器产生频率已知 的脉冲信号输入到时基计数器，由时基计数器计数并将计数值送到第二锁存器;调制信号 控制模块控制调制信号发生器产生高度表的调制信号；闸门信号控制模块控制闸门信号发 生器根据调制信号发生器送来的调制周期的相位信息去除相位转折点并结合差拍信号信 息后形成闸门信号送给时序逻辑控制器，时序逻辑控制器根据闸门信号以及本地脉冲控制 第一缓存器和第二缓存器得到正确的计数结果，差拍信号控制模块读取第一缓存器和第二 缓存器的计数结果后计算获得精确的差拍信号频率信息，计算出无线电高度表的测高信 息。
[0033]参见附图4,为提高对差拍信号的测量准确性，消除阶梯误差，从理论上将阶梯误 差由原来的分米级提高到亚毫米，从而在信号处理的层面彻底消除阶梯误差，同时消除调 制信号相位转折点的影响。
[0034] 闸门信号发生器收调制信号发生器送来的与调制信号同相位方波信号，其方波转 折点表征了调制信号的相位转折点，闸门信号发生器根据此信号再结合MCU发来的周期信 息产生一个闸门信号，这个闸门信号避免避开方波的上升沿或下降沿附近，从而避开了调 制信号的相位转折点，从而避免了转折点噪声带来的干扰。
[0035] 时序逻辑控制器收到闸门信号后，与差拍信号结合，控制第一锁存器、第二锁存 器、第一缓存器、第二缓存器的开门时间。
[0036] 本地脉冲发生器发出时基脉冲，其频率FM2其频率为调制频率的K倍。
[0037] 事件计数器与时基计数器同时对差拍频率以及时基脉冲计数，在时序逻辑控制器 的开门时间控制下得到计数结果，由MCU根据公式(4)计算差拍信号频率。
[0038]
4 )
[0039] 从而高度表高度的计算公式变为式(5):
[0040]
(.5)
[0041] 采用本实用新型的测高仪，误差的减小时非常明显的，计算如下：
[0042] 从式(4)可以看出，原计算公式(2)是在一定的测量时间1"内测量脉冲个数η的方 法来计算差拍频率fb，现已改为测量N个脉冲所需的时间MXT m2，其误差如式(6)表示(Μ?Κ， M X Tm2 * Tm)：
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 有上式可见，对差拍频率fb的测量误差降低到原来的1/K，由于本地脉冲fm的频率 可以很容易提升到MHz级别，而一般计数周期T均为ms级别，对应为KHz级别，K取值可取到 1000以上，采用了本专利后，理论上可将原来的分米级阶梯误差降低到毫米级，从根本上解 决测高误差，将高度表的测高精度有效提升一个数量级。
[0047] 以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局 限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本实用新型的实质内容。
【主权项】
1. 一种调频无线电测高仪，其特征在于，包括MCU以及依次连接的事件计数器、第一锁 存器和第一缓存器;依次连接的脉冲产生单元、时基计数器、第二锁存器、第二缓存器;依次 连接的调制信号发生器、闸门信号发生器和时序逻辑控制器，所述事件计数器和脉冲产生 单元分别与所述时序逻辑控制器连接，所述第一缓存器、第二缓存器、闸门信号发生器、调 制信号发生器分别与MCU连接，所述调制信号发生器连接至所述第一锁存器、第二锁存器、 第一缓存器和第二缓存器。2. 根据权利要求1所述的调频无线电测高仪，其特征在于，所述MCU包括调制信号控制 模块、闸门信号控制模块和差拍信号控制模块，所述调制信号控制模块控制所述调制信号 发生器产生高度表的调制信号;所述闸门信号控制模块控制所述闸门信号发生器根据所述 调制信号发生器送来的调制周期的相位信息去除相位转折点并结合差拍信号信息后形成 闸门信号送给所述时序逻辑控制器，所述时序逻辑控制器根据所述闸门信号以及本地脉冲 控制第一缓存器和第二缓存器得到正确的计数结果，差拍信号控制模块读取第一缓存器和 第二缓存器的计数结果后计算获得精确的差拍信号频率信息，计算出无线电高度表的测高 ig 息
【文档编号】G01C5/00GK205426137SQ201521005280
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月4日
【发明人】纪晨华, 赵观星, 蒋敏
【申请人】中国电子科技集团公司第五十研究所