陕西长岭电子科技有限责任公司 陕西省 721006
摘要：近年来，随着航空技术的飞速发展，机载无线电高度表的种类也越来越多。无线电高度表的测试设备大多是不同厂家生产的专用设备，不能满足多种无线电高度表的环境条件要求。拥有多种类型飞机科研生产和多种类型无线电高度表的上位机企业，在测试设备和能力建设方面存在诸多困难。本文着重分析了无线电高度表测试的相关技术和设备的环境要求，介绍了一种多型号无线电高度表通用测试仪的设计方法。
关键词：无线电高度表；试验器；模拟高度
1需求分析
1.1无线电高度表作用原理
主要工作在 c 波段，由高度表收发信机、发射天线、接收天线、电缆和射频电缆组成。无线电测高工作是通过无线电信号的发射、反射、接收和处理来实现的。高度计收发器是核心主机，系统原理如图1所示。
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图1 机载无线电高度表系统原理示意图
（1）高度表收发信机通过发射天线向地面发送 c 波段信号，该发射天线经地面反射，接收天线接收该反射信号。（2）高度计收发机根据公式（1）处理发射、反射和接收信号过程的延迟时间 t，并计算载体相对于地面（或海面）的高度数据。
Ｈ ＝（ｃ·Ｔ）／２ （1）
H 表示飞机的高度；t 表示信号传播延迟时间；c 表示光速（约3108米/秒）。无线电高度表产品主要有脉冲系统和频率调制连续波系统，主要配备有人驾驶飞机、飞机供飞行和进近、着陆阶段为飞行员提供准确的高度数据，或配备在高端无人机上，为无人机测控、导航提供准确的高度参数[1]。
1.2无线电高度表测试仪的功能要求
无线电高度表的测量主要围绕测量高度表收发机的高度精度、跟踪灵敏度、高度范围、收发机自检、高度数据预置、低空警报、高度锁定、机电控制管理、发射信号功率和频谱功能性能测试等环节进行，测试中使用的关键设备无线电高度表测试仪对功能性能环境的要求是：一是能够提供一个满足重要值参数传输的标准环境；二是能够提供满足测试要求的功能、接口功能。各功能环境的要求如下：（1）标准参数环境下的输入缓冲：输入前级具有一定的衰减缓冲环境；衰减仿真：模拟不同高度的信号衰减环境；信道控制：满足一定的信号传输控制环境。（2）功能和接口环境要求由计算机系统、测控模块、电源模块、电气接口和软件系统组成，实现了电气接口、数据通信、参数预置、功能管理、电源管理、开关控制和操作显示等硬件和软件资源环境[2]。
1.3主要问题分析
分析现有测试仪技术现状的主要问题分析如下：（1）模拟高度标准环境性能普遍不足，常用的同轴电缆延迟线、表面声波延迟线、表面声波延迟线等信号延迟处理技术，存在一些性能缺陷，如模拟值范围有限，准确度低，不能满足所有产品的高度测量范围和精度测试要求。其中，同轴电缆延迟线是一种比较传统的微波延迟处理技术，主要存在器件体积、重量和信号衰减随延迟时间的增加而显著增加，且受外部干扰等影响较大等缺陷，一般只能实现较小的范围和少量的单点模拟高度测量。声体波延迟线（或表面波延迟线）是基于声波在其它固体和液体材料中的传播速度远低于无线电波在导体中的传播速度的物理特性，经过一定的声信号载体传播后，恢复为电信号，从而实现电信号的传播延迟。声体波（或面波）延迟线可以实现大范围的模拟高度测量。其主要缺点是器件结构复杂，系统集成和制造难度大，工作频率低，带宽小，虚假信号抑制效果不理想，抗干扰能力差，精度不够高。另外，fpa 延迟处理技术近年来也得到了广泛的重视，其原理基于一系列的信号处理方法，如下变频、高速 a/d 数据采集、延迟存储、高速 d/a 信号转换、上变频等。它具有系统集成度高、体积小、重量轻等优点在现场测试中得到了更广泛的关注。然而，由于系统参数和数据处理过程的影响，仿真精度不够高。（2）由于飞机设计和使用的不同，导致无线电高度表的功能和接口环境能力不足，技术状况明显不同，开发和生产企业也不同。每个企业为自己的产品开发的设备都是专用设备，其功能性能、界面环境适合单一目标，功能能力有限，改进的功能潜力非常有限[3]。
2设计实现方法
2.1总体设计思想
对现有技术与器件在高度与功能模拟、接口环境、突出问题等方面，通过分析与研究，设计采用微波光纤延时线、电控可调衰减器、电控射频开关、固定衰减器、嵌入式工业控制综合机等功能模块元件，实现器件环境功能性能的整体提高，满足多产品测试的通用性。
2.2模拟高度参数环境设计
模拟高度参数环境是无线电高度表测试仪的技术核心。根据测高距离、测高精度和分辨率的分析，模拟高度计的技术性能要求如下：（1）测量范围为0ー5000m；（2）精度优于±（2 m + 0.5% h）；（3）调节方式：具有一定的连续调节能力。为了达到上述要求，微波光纤延迟线是一种理想的技术解决方案。该微波光纤延迟线具有带宽限制小、延迟损耗小、抗干扰能力强、体积小、重量轻、柔软、易于组装、温度稳定性好、实现方法简单等优点。由于光开关和光连接器固有的延迟效应，微波光纤延迟线具有一定的初始延迟效应，初始延迟效应可以完全或大部分抵消机载无线电高度表系统安装的射频电缆长度引起的电信号延迟[4]。
2.3其他参数和功能，接口环境设计
（1）射频输入衰减缓冲环境设计由40db/10w 固定衰减器组成，可以考虑多种产品的输入缓冲要求。（2）模拟衰减标准环境的设计由0 ~ 11db 电控和0 ~ 110db 电控组成
2.3实现效果
设计的实验具有通用的功能环境，适用于多种类型的无线电高度表探测。主要技术性能指标为：（1）模拟高度为0ー7500m，连续步长可调，步长为0.5 m，误差≤±（0.2 m + 0.2% h），h为标称模拟高度。（2）固定衰减：≥50db；可调衰减：0ー121db，误差≤±（1db + 3% a）（a 为标称值）。
3结束语
上述无线电高度表通用测试仪的设计是为了充分利用微波光纤延迟线的优异性能，系统能够在大范围内连续调整模拟高空环境的参数，具有较高的二次精度，系统的电控可调衰减器、电控射频开关、固定衰减器、嵌入式系统等一体化设计方法，有效地提高了系统的功能适应性、接口环境和测试对象的广泛性，多型无线电测高仪已充分达到了通用设备的功能性能环境。
参考文献：
[1]石岚.高度表地面回波能量仿真分析[J].甘肃科技，2020，36（03）：63-66.
[2]刘勇，吴阳勇，白惠文，吴忠德.一种用于高度表原位测试的天线信号耦合器的设计与实现[J].国外电子测量技术，2019，38（12）：82-85.
[3]朱亚萍，孙哲，张阎，陈坚，高骏冬.电源传导干扰对调频连续波高度表的影响分析[C].航空工业测控技术发展中心.第十六届中国航空测控技术年会论文集.状态监测特种传感技术航空科技重点实验室：《测控技术》杂志社，2019：468-470.
[4]高峰，饶盛，关震.某型无线电高度表电源模块失效分析[J].航空维修与工程，2018（12）：54-57.