民机通信导航和雷达第八章测距机课件.ppt
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- 通信 导航 雷达 第八 测距 课件
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1、了解测距机系统;了解测距机系统;理解测距机基本工作原理;理解测距机基本工作原理;理解询问信号的产生原理;理解询问信号的产生原理;理解应答信号的接收与处理原理;理解应答信号的接收与处理原理;理解距离计算原理;理解距离计算原理;了解一些新型测距机;了解一些新型测距机;课时分配课时分配4学时学时第一节第一节 测距机系统测距机系统第二节第二节 基本工作原理基本工作原理第三节第三节 询问信号的产生询问信号的产生第四节第四节 应答信号的接收与处理应答信号的接收与处理第五节第五节 距离计算原理距离计算原理第六节第六节 应用微处理器的新型测距机应用微处理器的新型测距机 测距机是在第二次世界大战期间开始发展起来
2、的脉冲二测距机是在第二次世界大战期间开始发展起来的脉冲二次雷达系统。次雷达系统。机载测距机和地面测距信标台配合工作,可连续地向飞机载测距机和地面测距信标台配合工作,可连续地向飞行员提供飞机到测距台的实时距离信息。行员提供飞机到测距台的实时距离信息。测距机系统的工作测距机系统的工作方式和空中交通管制雷达信标系统(方式和空中交通管制雷达信标系统(ATCRBSATCRBS)具有某些相似)具有某些相似之处之处,以空地设备之间的问答方式工作,采用工作在以空地设备之间的问答方式工作,采用工作在1000MHz1000MHz左右的波段脉冲射频信号。左右的波段脉冲射频信号。机载测距机通过测量脉冲的往机载测距机通
3、过测量脉冲的往返延迟时间,返延迟时间,计算出飞机到测距台之间的计算出飞机到测距台之间的视线距离,这种测视线距离,这种测量距离的原理是和气象雷达相似的。量距离的原理是和气象雷达相似的。v一、测距机的功用一、测距机的功用民用民用:测距机用于测量飞机测距机用于测量飞机与地面测距信标台之间的斜距与地面测距信标台之间的斜距-定位定位-或或-定位定位 DMEDME使用方案:使用方案:DME/DMEDME/DME、DME/VORDME/VOR、DME/ILSDME/ILS、VORTACVORTAC军用军用:军用塔康(军用塔康(TACANTACAN)系)系统是可以同时向飞机提供距离统是可以同时向飞机提供距离和
4、方位信息的波段近程导航和方位信息的波段近程导航系统。系统。v二、测距机系统的工作概况二、测距机系统的工作概况(一)工作方式(一)工作方式 测距机系统是通过询问应答方式测距机系统是通过询问应答方式来测量距离的。询问频率范围为来测量距离的。询问频率范围为10251150MHz10251150MHz,地面测距台的应答,地面测距台的应答频率范围为频率范围为9621213MHz9621213MHz。(二)机载测距机的询问(二)机载测距机的询问 测距机所产生的询问脉冲信号的重复频率是变化的。测距机所产生的询问脉冲信号的重复频率是变化的。搜索状态搜索状态:40150:40150对对/s/s;跟踪状态;跟踪状
5、态:1030:1030次之间。次之间。50()12.359tsRnmile(三)测距信标台的内容(三)测距信标台的内容询问应答与断续发射询问应答与断续发射:测距信标台在接收到询问信号后,经过测距信标台在接收到询问信号后,经过5050的延迟,便产生相应的应答信的延迟,便产生相应的应答信号发射,以供机载测距机计算距离,这就是询问应答信号。号发射,以供机载测距机计算距离,这就是询问应答信号。用接收机噪声来触发发射机产生脉冲对信号发射的方法,使测距台发射用接收机噪声来触发发射机产生脉冲对信号发射的方法,使测距台发射机在询问飞机很少的情况下也维持规定的发射重复频率,以使测距机系统正机在询问飞机很少的情况
6、下也维持规定的发射重复频率,以使测距机系统正常发挥其功能。常发挥其功能。由于噪声所触发的脉冲信号是断续的,可以把测距信标台的由于噪声所触发的脉冲信号是断续的,可以把测距信标台的这种发射脉冲称为断续发射脉冲,或者称为噪声填充脉冲。这种发射脉冲称为断续发射脉冲,或者称为噪声填充脉冲。应答抑制:应答抑制:所谓抑制,是指测距信标台在接收到一次询问脉冲后,使信标所谓抑制,是指测距信标台在接收到一次询问脉冲后,使信标接收机抑制一段时间,抑制的时间一般为接收机抑制一段时间,抑制的时间一般为6060ss,特殊情况下可达,特殊情况下可达150 150 s s。测距信标台的识别信号:测距信标台的识别信号:信标台以
7、莫尔斯电码发射三个字母的识别信号。信标台以莫尔斯电码发射三个字母的识别信号。识别信号由点、划组成,识别信号由点、划组成,点持续点持续0.1-0.125s0.1-0.125s,划持续,划持续0.3-0.3750.3-0.375。v三、机载设备三、机载设备 机载测距机系统由测距机(询问器)、天线、显示器和机载测距机系统由测距机(询问器)、天线、显示器和控制盒(控制盒是和甚高频控制盒共用的)等组成的,见下控制盒(控制盒是和甚高频控制盒共用的)等组成的,见下图。飞机上通常装备两套相同的测距机。图。飞机上通常装备两套相同的测距机。v四、信号与技术参数四、信号与技术参数 (一)频率及(一)频率及XYXY波
8、道波道 在在9621213MHz9621213MHz范围中,共有范围中,共有252252个测距波道,波道间隔为个测距波道,波道间隔为1MHz1MHz。询问频率:询问频率:10251150MHz10251150MHz;回答频率:回答频率:9621213MHz9621213MHz;XYXY波道:波道:采用的采用的脉冲对的时间间隔有两种,脉冲对的时间间隔有两种,分别称为波道和波分别称为波道和波道。道。频率安排频率安排:在在10251150 MHz10251150 MHz范围中,波道间隔为范围中,波道间隔为1MHz1MHz,共可安排共可安排126126个询问频率。采用个询问频率。采用X X、Y Y的波
9、道安排,则共有的波道安排,则共有252252个个应答波道,分别称为应答波道,分别称为1 1126126和和1 1126126波道。波道。63RIffMHz测距机与甚高频导航系统的频率配对关系:测距机与甚高频导航系统的频率配对关系:测距机的测距机的200200个个波道与波道与VORVOR和和ILSILS的频率配对的频率配对甚高频导航频率甚高频导航频率波道分配波道分配DME信道编号信道编号 DME询问询问DME应答应答108.00VOR17X1041978108.05VOR17Y10411104108.10ILS18X1042979112.30VOR70X10941157112.35VOR70Y1
10、0941031(二)脉冲波形(二)脉冲波形 测距机的射频脉冲波形为钟形、见下图。采用钟形脉冲可压缩信测距机的射频脉冲波形为钟形、见下图。采用钟形脉冲可压缩信号频谱宽度,减少邻道干扰,脉冲参数为:号频谱宽度,减少邻道干扰,脉冲参数为:上升时间:上升时间:下降时间:下降时间:脉冲宽度:脉冲宽度:脉冲对之间的间隔误差为正负脉冲对之间的间隔误差为正负0.5 0.5 。sr5.05.2sf5.05.2sUm5.05.3)2/(s v一、信号产生与处理工程一、信号产生与处理工程 测距机的电路可以分成发射电路、接收电路和距离计算电测距机的电路可以分成发射电路、接收电路和距离计算电路三个基本组成部分,分别用于
11、完成产生射频脉冲询问信号、路三个基本组成部分,分别用于完成产生射频脉冲询问信号、接收处理应答信号和进行距离计算三项基本任务。接收处理应答信号和进行距离计算三项基本任务。v二、距离测量与状态转换二、距离测量与状态转换 测距机在进入正常的距离测量状态,跟踪飞机距离的变化提测距机在进入正常的距离测量状态,跟踪飞机距离的变化提供距离读数之前,需经历自动等待、搜索、预跟踪等进程。在距供距离读数之前,需经历自动等待、搜索、预跟踪等进程。在距离测量过程中,同样也会因信号状态的变化进入记忆或者回到搜离测量过程中,同样也会因信号状态的变化进入记忆或者回到搜索状态。所以,测距机的实际工作状态可能是上述自动等待、搜
12、索状态。所以,测距机的实际工作状态可能是上述自动等待、搜索、预跟踪、跟踪或者记忆状态中的一种。索、预跟踪、跟踪或者记忆状态中的一种。v三、应答识别三、应答识别闪频原理闪频原理概念:概念:所谓闪频,就是在测距机中设法使询问脉冲信号的重复所谓闪频,就是在测距机中设法使询问脉冲信号的重复频率围绕一个平均值随机颤抖而不是固定不变。频率围绕一个平均值随机颤抖而不是固定不变。功能:功能:让测距机从测距台的众多的让测距机从测距台的众多的应答信号中识别出对自己询应答信号中识别出对自己询问的应答信号来。问的应答信号来。v一、发射电路的组成一、发射电路的组成 典型测距机的发典型测距机的发射电路由触发脉冲射电路由触
13、发脉冲产生及转换电路、产生及转换电路、编码电路、频率合编码电路、频率合成电路、调制器和成电路、调制器和功率放大器等组成,功率放大器等组成,见图见图 v二、颤抖脉冲的产生原理二、颤抖脉冲的产生原理(一)单结晶体管的基本概念(一)单结晶体管的基本概念 单结晶体管单结晶体管(UJT)是一种)是一种具有负阻特性的半导体器件,具有负阻特性的半导体器件,常被用来充当常被用来充当RC脉冲振荡器脉冲振荡器的有源器件。的有源器件。BBV(二)触发脉冲形成电路(二)触发脉冲形成电路 利用单结晶体管的负阻特性,可以组成如图所示的脉冲振利用单结晶体管的负阻特性,可以组成如图所示的脉冲振荡电路,以向编码调制电路提供所需
14、的触发脉冲。荡电路,以向编码调制电路提供所需的触发脉冲。3RV 对上述电路加以改进,并再利用另一只单结晶体管来组对上述电路加以改进,并再利用另一只单结晶体管来组成第二个振荡器,即可使单结晶体管脉冲振荡器的振荡周期成第二个振荡器,即可使单结晶体管脉冲振荡器的振荡周期随机变化。其原理电路见图。随机变化。其原理电路见图。v三、脉冲重复频率的转换三、脉冲重复频率的转换 利用除利用除4计数器及相应的门电路来进行转换,是一种常计数器及相应的门电路来进行转换,是一种常用的方法。如图所示原理图用的方法。如图所示原理图 v四、编码原理四、编码原理 (一)脉冲对间隔控制(一)脉冲对间隔控制 ss 测距机中的编码电
15、路的功用是在测距机中的编码电路的功用是在X/Y波道选择信号的控波道选择信号的控制下,产生间隔为制下,产生间隔为12 的波道编码脉冲对或间隔为的波道编码脉冲对或间隔为36 的波道编码脉冲对。波道选择信号由频率合成器中的波的波道编码脉冲对。波道选择信号由频率合成器中的波道解码电路提供。道解码电路提供。(二)(二)X/Y波道选择波道选择 脉冲间隔选择门可以用与门、或非门等组成,如图所示。脉冲间隔选择门可以用与门、或非门等组成,如图所示。(三)信号控制搜索(三)信号控制搜索 信号控制搜索电路(信号控制搜索电路(SCS)的作用是控制测距机是否产)的作用是控制测距机是否产生询问发射信号。生询问发射信号。v
16、五、频率合成与驱动电路五、频率合成与驱动电路(一)频率合成电路(一)频率合成电路 测距机一般利用频率合成器作为射频信号源,以获得测距机一般利用频率合成器作为射频信号源,以获得理想的频率稳定度。理想的频率稳定度。(二)驱动放大电路(二)驱动放大电路 驱动放大电路用于对频率合成器产生的信号进行倍频、放驱动放大电路用于对频率合成器产生的信号进行倍频、放大和实现对射频信号的预调制大和实现对射频信号的预调制,其电路组成如图示。,其电路组成如图示。v六、调制器六、调制器 对测距机调制器的基本要求有两个方面。一方面,调制器对测距机调制器的基本要求有两个方面。一方面,调制器应能提供足够的调制功率。另一方面,由
17、于射频询问信号的应能提供足够的调制功率。另一方面,由于射频询问信号的包络波形主要决定于调制器所提供的调制脉冲波形,所以调包络波形主要决定于调制器所提供的调制脉冲波形,所以调制器必须能产生满足系统要求的钟形调制脉冲。制器必须能产生满足系统要求的钟形调制脉冲。v七、功率放大器及环流器七、功率放大器及环流器(一)功率放大器(一)功率放大器 测距机的功率放大器(功率合成器)用于将输入的测距机的功率放大器(功率合成器)用于将输入的1025-1150MHz的脉冲射频信号放大到所需的的脉冲射频信号放大到所需的功率电平(约功率电平(约800W),并实现对射频信号的脉冲调制。,并实现对射频信号的脉冲调制。功率放
18、大器的射频输入由频率合成器的驱动放大电路提功率放大器的射频输入由频率合成器的驱动放大电路提供。所需要的高电平脉冲调制信号则来自调制器。放大器输供。所需要的高电平脉冲调制信号则来自调制器。放大器输出的大功率射频脉冲信号,经由环流器和低通滤波器输往天出的大功率射频脉冲信号,经由环流器和低通滤波器输往天线辐射。线辐射。测距机所采用的是全固态的功率放大器。由于单个晶体管的功测距机所采用的是全固态的功率放大器。由于单个晶体管的功率达不到所要求的功率电平,所以采用了功率合成的方法,其率达不到所要求的功率电平,所以采用了功率合成的方法,其电路组成如图所示。电路组成如图所示。(二)环流器及低通滤波器(二)环流
19、器及低通滤波器 测距机环流器的原理结构如图所示。测距机环流器的原理结构如图所示。v一、电路组成及信号处理过程一、电路组成及信号处理过程 测距机的接收处理电路大体上可以分为高频、中频和视测距机的接收处理电路大体上可以分为高频、中频和视频三个部分,其电路组成如图所示。频三个部分,其电路组成如图所示。v二、预选电路及混频器二、预选电路及混频器(一)预选电路(一)预选电路 测距机预选电路的作用与一般接收机的高频选择回路相同。测距机预选电路的作用与一般接收机的高频选择回路相同。预选电路由射频放大器、带通滤波器和调谐电压整形电路组成,预选电路由射频放大器、带通滤波器和调谐电压整形电路组成,典型的预选电路结
20、构如图所示。图中典型的预选电路结构如图所示。图中 为射频放大器;为射频放大器;射频放大器之前为射频放大器之前为一个滤波器一个滤波器 ,它相它相当于射频放大器的当于射频放大器的高频输入回路;射高频输入回路;射频放大器之后是一频放大器之后是一个滤波器个滤波器 ,相当,相当于放大器输出回路。于放大器输出回路。1T1FL2FL(二)混频器(二)混频器 测距机第一混频器通常为环形混频器,环形混频器又称双测距机第一混频器通常为环形混频器,环形混频器又称双平衡混频器,其原理电路如图所示。采用平衡混频器电路可平衡混频器,其原理电路如图所示。采用平衡混频器电路可以更多地抑制混频所产生的非线性频率成分,使输出信号
21、中以更多地抑制混频所产生的非线性频率成分,使输出信号中只包含射频与本振频率的奇次和差频率分量只包含射频与本振频率的奇次和差频率分量。v三、中频电路三、中频电路 测距机采用双变频超外差式电路。测距机采用双变频超外差式电路。v四、视频处理电路的基本工作原理四、视频处理电路的基本工作原理 视频处理电路用于对输入的视频脉冲信号的间隔进行鉴别,视频处理电路用于对输入的视频脉冲信号的间隔进行鉴别,以识别出所选定的波道或以识别出所选定的波道或Y波道应答信号。波道应答信号。(一)解码视频脉冲的产生(一)解码视频脉冲的产生(二)(二)X/Y应答脉冲的解码过程应答脉冲的解码过程(三)其他脉冲的抑制(三)其他脉冲的
22、抑制 测距机的接收处理电路所输出的应答视频脉冲对(门限视测距机的接收处理电路所输出的应答视频脉冲对(门限视频脉冲和解码视频脉冲)输往距离测量电路,以计算飞机距地频脉冲和解码视频脉冲)输往距离测量电路,以计算飞机距地面信标台的斜距。距离测量电路也可以称为距离计算器。面信标台的斜距。距离测量电路也可以称为距离计算器。由于门限视频脉冲和解码视频脉冲是分别对应于应答脉冲由于门限视频脉冲和解码视频脉冲是分别对应于应答脉冲对的第一和第二个脉冲的,所以门限视频脉冲对的第一和第二个脉冲的,所以门限视频脉冲相对于发射时刻相对于发射时刻 的时间延迟的时间延迟 是和飞机的距离成比例的是和飞机的距离成比例的。设法测量
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