呂百成

北京青云航空儀表有限公司，北京，101300

0 引言

根據(jù)飛行任務(wù)需要，多型飛機要求配套的無線電高度表使用雙余度的工作方式。高度表在雙余度安裝使用時對天線有較高的安裝距離及天線增益、方向性圖等設(shè)計要求，如果雙表的天線安裝距離較近，高度表易產(chǎn)生互相干擾的問題，導致無法正常測高。為解決這一問題，本文首先介紹了調(diào)頻高度表的工作原理及測高實現(xiàn)方式，然后分析了高度表雙余度使用時各信號的作用，在對信號干擾產(chǎn)生條件分析的基礎(chǔ)上，進行了相關(guān)的試驗測試，給出了調(diào)頻高度表雙余度使用過程中的隔離度要求[1]。

1 調(diào)頻連續(xù)波高度表工作原理及測高實現(xiàn)

高度表可以連續(xù)測量載體對地面或海面的相對高度。無線電測高技術(shù)發(fā)展成脈沖體制和調(diào)頻連續(xù)波體制兩類，調(diào)頻連續(xù)波高度表又可分為恒定周期體制和恒定差拍體制。其中恒定差拍調(diào)頻連續(xù)波、頻譜前沿探測的工作體制測量精度高、抗干擾能力強，特別適合用于中、低高度測量應(yīng)用[2]。

恒定差拍體制調(diào)頻高度表一般有微波收發(fā)組件、低放鑒頻組件、伺服環(huán)路控制組件，經(jīng)發(fā)射天線向地面發(fā)射經(jīng)鋸齒波調(diào)制的射頻線性調(diào)頻波，當發(fā)射的時間為t1，該調(diào)頻波頻率為F1，經(jīng)過一段時間τ后，從地面反射回來的信號經(jīng)接收天線進入無線電高度表，頻率仍為F1，τ是往返飛機與地面之間（電磁波傳播）所需的時間，稱之為“渡越時間”。在t2（t2=t1+τ）時刻時，發(fā)射頻率從F1變?yōu)镕2，高度表接收的信號與發(fā)射信號（頻率為F2）在混頻器內(nèi)進行混頻，得到一個差頻信號fb（fb=F1-F1），差頻信號經(jīng)過放大、增益控制、信號濾波、鑒頻等，提供輸出信號給伺服環(huán)路作為搜索/跟蹤及調(diào)整鋸齒波時間T的依據(jù)，使高度表進入跟蹤狀態(tài)，同時使差頻信號保持在某一恒定頻率，測量鋸齒波時間T，計算出當前高度[2-3]。圖1表示其測高工作原理。

根據(jù)直角三角形之間的關(guān)系，可以得出下列公式：

如果將系統(tǒng)的差拍頻率fb和頻偏ΔF保持為與高度無關(guān)的常數(shù)，而正比于高度變化的參數(shù)僅是發(fā)射機的頻率調(diào)制斜率（即周期），上述基本公式可寫成：

延遲時間τ由兩部分構(gòu)成，一部分是與飛行高度成正比的延遲時間2h/c，另一部分是設(shè)備安裝延時Ti(包括高度表連接到天線的電纜長度以及飛機機輪高度),故：

其中：Ti為高度；Ti設(shè)備的安裝延遲AID（包括安裝電纜長度，天線間距，天線局地高度）；T頻率調(diào)制周期；c電磁波傳播速度；ΔF峰值之間的頻偏；fb差拍頻率。

2 雙表干擾分析

2.1 跟蹤工作時高度表A受到的干擾信號

高度表在雙余度使用時，如果兩組天線間距較小，則高度表之間會互相干擾，輸出錯誤高度。如在凈空試驗時，高度表會錯誤跟蹤高度[3]。

高度表雙余度安裝使用，正常跟蹤測高時的工作情況如圖2所示。高度表A接收的信號有T21、T24、S21、S24，其中：

T21是接收天線AT2接收的，經(jīng)地面反射的發(fā)射天線AT1的發(fā)射信號。

T24是接收天線AT2接收的，經(jīng)地面反射的發(fā)射天線AT4的發(fā)射信號。

S21是接收天線AT2接收的，未經(jīng)地面反射的發(fā)射天線AT1的發(fā)射信號。

S24是接收天線AT2接收的，未經(jīng)地面反射的發(fā)射天線AT4的發(fā)射信號。

對高度表A來講，以上信號中只有T21是含有高度信息的有效信號，其他均為干擾信號。只有高度表A跟蹤、測量T21信號才是正常跟蹤工作狀態(tài)，如果跟蹤、測量其他信號，則認為高度表A被干擾[5]。

2.2 干擾源信號的分析

2.2.1 同步的干擾情況

2.2.1.1 不干擾的充分條件

如果S24信號與高度表A的發(fā)射信號同步，混頻信號為f24，根據(jù)高度表工作原理，f24信號如果對高度表造成干擾，f24信號的頻率應(yīng)在20kHz～30kHz范圍內(nèi)，否則該信號將在低頻放大器中被濾波。

當f24信號的頻率在20kHz～30kHz范圍內(nèi)時，如果f24信號經(jīng)高度表A放大電路放大后不能使鑒頻器輸出達到跟蹤/搜索觸發(fā)器門限，那么，高度表A就不會對該信號進行跟蹤，反之造成干擾。

此時，高度表A對接收信號的放大增益取決于高度表A當前搜索測量高度。而高度表A此時的測量高度可能為任何值，所以高度表A對接收信號的放大增益可能為最小放大增益也可能為最大放大增益。

以最嚴酷情況即最大放大增益計，在同步狀態(tài)下，只要f24信號經(jīng)最大放大增益放大后，達到跟蹤/搜索觸發(fā)器門限，則跟蹤/搜索信號跳轉(zhuǎn)，高度表進入鎖相狀態(tài)，伺服環(huán)路由跟蹤鑒頻器輸出，等待20ms后，跟蹤狀態(tài)有效，S24信號干擾成功。

如果f24信號經(jīng)最大放大增益放大后不能達到跟蹤/搜索觸發(fā)器門限，那么S24信號一定不會造成干擾[4]。

那么S24信號不干擾的充分條件是：發(fā)射天線AT4與接收天線AT2之間的天線隔離度Lh14＞高度表A最大靈敏度Smax，或者考慮電纜衰減情況下高度表B“發(fā)”端與高度表A“收”端的設(shè)備隔離度大于高度表A最大靈敏度。

由此我們得到了信號不干擾的充分條件，但是高度表的最大靈敏度一般為＞124dB，而如果天線隔離度要達到124dB，則天線安裝間距要求＞4m，但是實際的安裝間距不需要這樣大就可不干擾工作，所以該條件不是S24信號不干擾的充分條件，對干擾現(xiàn)象需進一步研究。

2.2.1.2 同步干擾的可能性

在前節(jié)討論中的前提條件是S24信號與高度表A的發(fā)射信號同步，且混頻信號f24信號的頻率應(yīng)在20kHz～30kHz范圍內(nèi)。

高度表的發(fā)射信號是帶寬為10 0 M H z～150MHz的連續(xù)調(diào)頻波，每一次搜索中約100個不同的調(diào)頻鋸齒波，要求f24信號的頻率在20kHz～30kHz的范圍內(nèi)，則高度表B與高度表A的同步概率為1%×10kHz/100MHz=0.000001，即百萬分之一。

那么如果出現(xiàn)上述情況，在同步的瞬間高度表A應(yīng)該跟蹤/搜索信號跳轉(zhuǎn)，然后信號需保持20ms才確認跟蹤有效。在這20ms中f24信號需在20kHz～30kHz范圍內(nèi)保持，而f24信號是由高度表A與高度表B的混頻信號，這就要求高度表A與高度表B的微波頻帶的不一致性小于10kHz/100MHz=0.0001，參照高度表微波組件調(diào)頻帶寬的非線性小于1.5%的最高工藝指標要求，可知兩只微波組件達到萬分之一的不一致性是不可能的。

即使有兩只微波組件達到萬分之一的不一致性，并且碰上了百萬分之一的同步概率，也只得到了20kHz～30kHz的f24信號，該信號將對高度表A進行伺服調(diào)整，伺服調(diào)整的結(jié)果將改變高度表A發(fā)射信號的調(diào)頻斜率從而使高度表A與高度表B由同步狀態(tài)轉(zhuǎn)為不同步狀態(tài)[5]。

綜上所述，同步干擾概率極低，并且同步干擾是不穩(wěn)定狀態(tài)，所以同步干擾是不可能實現(xiàn)的，在使用中不需要考慮同步干擾的情況。

2.2.2 異步的干擾情況

S24信號與高度表A的發(fā)射信號異步時，最容易出現(xiàn)干擾的情況應(yīng)是：

a)被干擾的高度表A對信號的放大量最大，即高度表A當前測量高度較高；

b)干擾信號S24在單位時間內(nèi)與被干擾的高度表A的發(fā)射信號產(chǎn)生最多的20kHz～30kHz內(nèi)的混頻信號，即高度表B當前測量高度極低。

在上述情況下，在高度表A與高度表B的鋸齒波相交時，高度表中A將產(chǎn)生20kHz～30kHz范圍內(nèi)的混頻信號。在實際工作中，高度表最短鋸齒波約110us，休止期為220us，另外試驗測定每次混頻信號持續(xù)時間約70us。

如果混頻信號f24’經(jīng)控制鑒頻器鑒頻輸出信號滿足跟蹤要求，則跟蹤/搜索信號由搜索狀態(tài)跳轉(zhuǎn)為鎖相，如果持續(xù)時間保持20ms，則高度表A轉(zhuǎn)為跟蹤狀態(tài)，被干擾。

2.2.3 T24信號與S24信號的關(guān)系

S24信號是高度表B的發(fā)射信號直接傳播到高度表A的，其能量大小是一定的，與飛行高度、姿態(tài)等無關(guān)，其與高度表A發(fā)射信號的同步關(guān)系是不確定的。

可見，對高度表A來講，S24信號和T24信號都是隨機干擾，區(qū)別只是能量大小不同。在一定高度以下時，T24信號能量大于S24信號，在高高度時，T24信號能量小于S24信號。

3 雙表干擾試驗

為模擬高度表在雙余度使用時的干擾情況，并測定隔離度要求，考慮進行高度表雙表收發(fā)直饋干擾試驗。

將高度表B的“發(fā)”端通過電纜及可變衰減器連接高度表A的“收”端，觀察高度表A的被干擾情況。其中電纜衰減和可變衰減器的衰減共同組成高度表A的“收”端與高度表B的“發(fā)”端之間的設(shè)備隔離度。兩只高度表均無閉合的信號回路，所以為搜索狀態(tài)，可認為模擬凈空輻射試驗或高空飛行狀態(tài)。

當高度表B“發(fā)”端與高度表A“收”端的設(shè)備隔離度大于95dB時，高度表A、B均一直為搜索狀態(tài)。逐漸減小可變衰減器衰減量，當高度表B“發(fā)”端與高度表A“收”端的設(shè)備隔離度小于95dB時，高度表A的狀態(tài)信號出現(xiàn)錯誤跳轉(zhuǎn)情況。

再次減小可變衰減器衰減量，當高度表B“發(fā)”端與高度表A“收”端的設(shè)備隔離度小于92dB時，高度表A有跟蹤狀態(tài)顯示及錯誤高度輸出[6]。

4 結(jié)語

根據(jù)調(diào)頻連續(xù)波高度表飛機上雙表實際安裝方式，進行了高度表正常跟蹤工作模式下的發(fā)射及接收信號的互擾情況分析，進行了接收信號的同步及異步干擾情況的分析，及雙表的直饋干擾試驗?？梢缘贸稣{(diào)頻連續(xù)波高度表相同體制雙表工作時應(yīng)滿足兩只高度表設(shè)備隔離度不小于95dB的要求。對于天線，應(yīng)根據(jù)實際使用的裝機電纜不同長度的衰減、天線增益、方向性圖及實測隔離度數(shù)據(jù)綜合考慮，再確定天線的安裝間距，從而確定天線隔離度，使其滿足系統(tǒng)隔離高的要求。