Самолетный радиовысотомер РВ-УМ

Московский государственный технический университет  

имени Н. Э. Баумана 

 
 

А. И. Ламанов, А. С. Коровушкина  

 
 
 

Самолетный радиовысотомер РВ-УМ 

 

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы  

по дисциплине «Теоретические основы радиолокации» 

 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.396.96 
ББК  32.811.7 
 Л21 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/212/book1219.html 
 
Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» 
Кафедра «Радиоэлектронные системы и устройства» 
 
Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
 
Ламанов, А. И. 
Самолетный радиовысотомер РВ-УМ : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Теоретические основы радиолокации» / А. И. Ламанов, А. С. Коровушкина. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 23, 
[1] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4188-4 

Приведено описание лабораторной работы, в ходе выполнения которой 
исследуются характеристики радиотехнических систем и их конструктивные особенности, а также вырабатываются навыки оценки параметров радиотехнических систем специального назначения. 
Для студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана, обучающихся по специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы».  
 
УДК 621.396.96 
ББК  32.811.7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4188-4  
 
    МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 

Л21 

Предисловие 

Измерение высоты полета летательного аппарата над некото
рой поверхностью может осуществляться различными методами,  
в частности радиотехническими. В последнем случае определение 
высоты представляет собой одну из задач радиодальнометрии. Измерение высоты, однако, имеет ряд специфических особенностей, 
позволяющих выделить его из общего круга вопросов, относящихся к радиотехническим способам измерения дальности. В частности, необходимо отметить: 

1) существенно распределенный характер цели, до которой из
меряется расстояние (например, земная суша, поверхность морей и 
океанов); 

2) часто возникающая необходимость измерения малых рас
стояний — вплоть до долей метра (радиовысотомеры, устанавливаемые на самолетах и обеспечивающие режим слепой посадки); 

 3) нормальный (или близкий к нему) угол падения электро
магнитной волны на облучаемую поверхность. 

Эти обстоятельства заметно сказываются на требованиях, 

предъявляемых к элементам тракта высотомера, и на его характеристиках. Например, антенны высотомера должны обладать относительно широкой диаграммой направленности для обеспечения 
достаточного уровня сигнала на входе приемника при совершении 
самолетом различных маневров, т. е. при изменении ориентации 
самолета относительно поверхности Земли. При измерении малых 
высот мощность принимаемого сигнала оказывается довольно значительной при малом уровне излучаемой мощности. Однако 
большая протяженность поверхностной цели обусловливает 
нарастание ошибок оценки расстояния до цели из-за случайного 
характера отражения электромагнитных волн от шероховатых 
протяженных поверхностей. 

Данные рекомендации посвящены рассмотрению принципов 

действия и особенностей работы радиовысотомеров летательных 
аппаратов. 

Цели лабораторной работы — освоение частотного метода 

определения дальности и получение навыков экспериментальной 
работы на примере самолетного радиовысотомера РВ-УМ и исследование характеристик его основных блоков.  

Лабораторная работа проводится с целью закрепления и кон
кретизации изученного материала по дисциплине «Теоретические 
основы радиолокации».  

Задачи лабораторной работы — проиллюстрировать основные 

положения изучаемой дисциплины, ознакомить студентов с техникой эксперимента, теорией погрешностей и методами обработки 
экспериментальных данных, с устройством и принципом работы 
самолетного высотомера РВ-УМ. 

После выполнения лабораторной работы студенты: 
– будут знать требования к техническим характеристикам ра
диовысотомера, в котором используется принцип частотной модуляции излучаемой передатчиком частоты; 

– будут уметь технически грамотно подходить к решению во
просов, связанных с разработкой электрических схем радиодальномерных устройств; 

– овладеют навыками оценки предельно достижимой точности 

измерения и разрешающей способности частотных дальномерных 
устройств. 
 
 

Краткая характеристика принципа измерения дальности  
с помощью частотной модуляции 

Идея применения непрерывных частотно-модулированных 

(ЧМ) колебаний для определения расстояния до объекта, обнаруживаемого с помощью наблюдения отраженного сигнала, хорошо 
известна. Особенно эффективной она оказалась при разработке 
самолетных радиовысотомеров, предназначенных для измерения 
малых расстояний. 

Определение дальности до объекта при использовании ЧМ
колебаний основано на измерении приращения частоты передатчика за время распространения сигнала до цели и обратно. Рассмотрим случай симметричного пилообразного закона изменения частоты излучаемых 
колебаний. Радиолокационная станция состоит из модулятора (Мод), передатчика ЧМколебаний (ЧМ Прд), двух антенн (передающей А1 и приемной А2), приемника (Прм) и 
индикатора (Инд), который указывает измеренную высоту полета (рис. 1). 

Передатчик ЧМ-колебаний вырабатывает 

колебания, частота которых изменяется по 
симметричному пилообразному закону в 
пределах от нижнего значения частоты 
Прд.н
f
 

до верхнего 
Прд.в
f
 (рис. 2, а, линия А). Пере
дающая антенна А1 излучает ЧМ-колебания 
в сторону Земли. Отражаясь от Земли, ЧМколебания поступают на вход приемной антенны А2 через интервал времени 

2
,
H
t
c
Δ =
 
(1) 

 

 

Рис. 1 

где Н — высота полета самолета над уровнем Земли, м; с — скорость света, c = 3⋅108 м/с. 

Принятые ЧМ-колебания 
Прм
f
 изменяются по тому же пило
образному закону, что и излученные, но со сдвигом по оси времени на величину t
Δ  (рис. 2, а, линия Б). 

 

 

 

Рис. 2 

 

С выхода антенны А2 задержанный ЧМ-сигнал поступает на 

смеситель (См), на второй вход которого одновременно подается 
сигнал с ЧМ Прд. В результате взаимодействия этих сигналов на 
выходе См образуются биения, поступающие затем на усилитель 
низкой частоты (УНЧ). Мгновенная частота биений равна абсолютному значению разности мгновенных значений частот излучаемых и отраженных ЧМ-сигналов (рис. 2, б и в). На рисунках видно, что частота биений 
б0
F
 остается все время постоянной, за 

исключением незначительных интервалов времени τ в окрестностях тех точек, где скорость изменения частот  передатчика 
Прд
f
 и 

приемника 
Прм
f
 изменяет знак. Такие интервалы времени называ

ют зонами обращения. На практике этот интервал много меньше 
периода модуляции 
м
(
),
T
τ ≪
 поэтому среднее значение частоты 

биений за период модуляции может быть принято равным значению 
б0.
F
 На основании соотношения (1) и рис. 2 получаем 

 
м
м
б0
м
м

4
2
tg
,
/ 2
F
F
H
F
t
H
kH
с T
сT
Δ
Δ
= Δ
α =
=
=
 
(2) 

где 
м
Прд.в
Прд.н;
F
f
f
Δ
=
−
 
м

м

4
.
F
k
сT
Δ
=
 

Из данного соотношения следует, что если 
м
T  и 
м
F
Δ
остаются 

неизменными, то значение коэффициента 
const,
k =
 поэтому ча
стота 
б0
F
 служит непосредственной мерой высоты полета Н. 

Спектр сигнала на выходе смесителя. На рис. 2, в представ
лен график изменения частоты биений на выходе смесителя. 
Напряжение с выхода смесителя поступает на измеритель частоты 
Изм. част (см. рис. 1). Очевидно, что сигнал биений представляет 
собой радиоимпульсы с периодом повторения 
м,
T
 длительностью 

порядка 
м 2
T
 с частотой заполнения 
б0.
F
 Спектр такого колеба
ния является дискретным и состоит из гармоник с частотами, 
кратными 
м
м
1
.
F
T
=
 Амплитуды спектральных составляющих 

вписываются в огибающую сплошного спектра одиночного импульса (рис. 3, а).  

Спектр одиночного радиоимпульса концентрируется вокруг 

частоты его заполнения, в данном случае — частоты 
б0,
F
 поэтому 

максимум огибающей спектра будет соответствовать частоте биений 
б0.
F
 Частота 
б0,
F
 являясь мерой измеряемой высоты, изменя
ется в соответствии с изменением этой высоты, а период модуляции 
м
T  (выбранный по тем или иным соображениям еще на стадии 

проектирования ЧМ-радиолокатора) остается постоянным. В связи 
с этим положение спектральных линий по отношению к максимуму огибающей спектра будет определяться временем задержки 
t
Δ  

отраженного сигнала. Так как частота биений 
б0
F
 практически 

всегда не кратна частоте модуляции 
м
F  (т. е. выполняется нера
венство 
б0
м,
F
mF
≠
 где m = 1, 2, ...), в спектре отсутствует состав

ляющая частоты 
б0,
F
 хотя максимум огибающей спектра остается 

в точке 
б0.
F
 

На рис. 3 изображены положения спектральных линий при раз
личных соотношениях частот 
м
F  и 
б0.
F
 При этом рис. 3, а соот
ветствует случаю 
б0
м;
F
mF
=
 б — случаю 
б0
м
(
0,25)
;
F
m
F
=
+
 в — 

случаю 
б0
м
(
0,75)
;
F
m
F
=
+
 г — 
б0
м
(
1)
.
F
m
F
=
+
 Таким образом, 

частота 
б0
F
 
может 
служить 
точной 
мерой 
расстояния  

Н лишь только в случаях, когда 
б0
F
 кратна 
м,
F
 т. е. 
б0
м,
F
mF
=
 где 

m = 1, 2, ... . 

 

 

Рис. 3 

Поскольку в интервале 
м
T  сигнал биений состоит из двух им
пульсов длительностью 
м 2,
T
  главный лепесток спектра преобра
зованного сигнала (см. рис. 3) будет занимать полосу частот  

б0
м
б0
м
(
2
)...(
2
).
F
F
F
F
−
+
  

Методическая погрешность измерения высоты. Дискретная 

структура спектра приводит к тому, что при измерении высоты полета путем измерения частоты 
б0
F
 возникает постоянная погреш
ность измерений. Действительно, измерение частоты биений 
б0,
F
  

a следовательно, и высоты полета Н проводится по частоте гармоники, имеющей наибольшую амплитуду. При этом изменение частоты 
б0
F
 можно зафиксировать лишь в случае, когда амплитуда 

соседней гармоники превысит амплитуду измеряемой. Таким образом, минимально фиксируемое изменение частоты биений 

min
м.
F
F
Δ
=
 

Отсюда следует, что имеется методическая погрешность изме
рения высоты 
,
H
Δ
 равная согласно формуле (2) 

 

м
.
4
c
H
F
Δ
=
Δ
 
(3) 

Минимально возможная измеряемая частота биений 
min
м.
F
F
Δ
=
 

Поэтому и минимальная высота, которую способен измерить радиовысотомер, составит 

 
min
м
.
4
c
H
F
=
Δ
 
(4) 

Таким образом, для уменьшения методической погрешности из
мерения высоты необходимо увеличивать девиацию частоты 
м
F
Δ
, 

т. е. расширять спектр излучаемого сигнала. Этот вывод согласуется с известным положением, согласно которому как при импульсном, так и при частотном методе измерения дальности потенциальная точность измерения дальности до цели определяется 
шириной полосы частот зондирующего сигнала. 

Измерение частоты биений методом счета числа импульсов. 

В изучаемом радиовысотомере РВ-УМ измерение частоты биений осуществляется методом счета числа импульсов преобразо

ванного сигнала. При использовании данного метода сигнал частоты биений усиливается, подвергается ограничению и дифференцированию. Полученные в результате дифференцирования 
импульсы запускают формирователь, вырабатывающий стандартные импульсы (т. е. импульсы постоянной амплитуды, длительности и формы). Последние заряжают накопительный конденсатор счетчика. 

При симметричном пилообразном законе модуляции число 

импульсов nТ  за период модуляции 

 
м
б0
м
4
.
Т

F H
n
F Т
c
Δ
=
=
 
(5) 

В данном случае также имеет место методическая погрешность 

измерений, обусловленная дискретностью отсчетов. Действительно, для изменения показаний счетчика требуется, чтобы за период 
модуляции число импульсов изменилось по крайней мере на единицу. Необходимое значение изменения высоты для этого случая 

 
м(
)
4
1.
Т
F
H
H
n
c
Δ
+ Δ
=
+
 
 

Таким образом, требуемое изменение высоты составит 

м
(4
),
H
c
F
Δ
=
Δ
 что полностью совпадает с формулой (3), полу
ченной при анализе спектра преобразованного сигнала.  

Отметим, что рассмотренная выше дискретность проявляется 

только в статических условиях. В условиях полета при отражении 
от земной поверхности происходит некоторое усреднение числа 
импульсов, устраняющее влияние дискретности. 

Описание лабораторного стенда 

Для изучения частотного метода измерения дальности предна
значен учебный стенд, состоящий из радиовысотомера РВ-УМ, 
специального прибора — тестера Т-1, имитирующего различные 
значения высоты полета, и контрольно-измерительных приборов 
(осциллограф С1-55 и генератор ГЗ-33).