CN103376090A - 适于工作于双无线高度测量装置中的无线高度测量*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线高度测量***，其能够被固定于飞行器并提供该飞行器至一表面的距离。所述无线高度测量***能够工作于包含两个这样的无线高度测量***的双无线高度测量装置中。所述无线高度测量***包括使用调制信号的调频无线波发生器。所述调制信号包括根据由至少一个参数定义的频率摆动的频率变化斜坡。本发明的无线高度测量***包括：用于获取标识符的装置(26)，所述标识符能够使所述无线高度测量***区别于所述双装置中另一个无线高度测量***；以及，用于根据所获得的标识符选择所述至少一个参数的装置(30)，所述至少一个参数定义所述调制信号的频率摆动。本发明还涉及一种包括两个这样的无线高度测量***的无线高度测量装置。

Description

适于工作于双无线高度测量装置中的无线高度测量***
技术领域
本发明涉及一种无线高度测量***，其被设计为固定于飞行器并提供该飞行器至一表面的距离。该***能够工作于包括两个这样的无线高度测量***的双无线高度测量装置。
背景技术
无线高度测量***应用于民用或军事航空领域，通常指无线高度计。
无线高度计是一种安装于飞行器的仪器，其能够提供所述飞行器相对于地面或其飞越的表面的高度。无线高度计特别使用于自动飞行阶段和关键飞行阶段，例如，进场、降落和起飞。由无线高度计提供的高度测量还可用于由飞行器上的计算机进行的多种计算应用，例如，该飞行器的相对于经飞越地带的预创建地图的位置重校准。
在现有技术中，已知不同类型的无线高度计，这些仪器的一般原理是通过测量所发射的信号和经地面反射后所接收的信号的传播时间来测量高度。
特别地，已知根据频率摆动或斜率δF，使用通过包括斜坡的调制信号的调频连续波的连续传输，其具有大体上线性的斜率，通常称为调频连续波(FMCW)调制。在民用领域，使用的频带为4.2至4.4GHz。经地面反射后，经持续时间τ后，反射波作为回波被接收，持续时间τ取决于所述飞行器的高度，从而能够计算该高度。
为了确保关键飞行阶段或自动飞行阶段中的安全性和适当的操作，特别是用于客运时，通常在飞行器中放置两个无线高度计。
放置两个无线高度计可造成干扰。由一个无线高度计发射的无线波可被另一个无线高度计作为反射波接收。在测量飞行器的高度时，两个无线高度测量***之间的这种干扰将造成测量误差。
为降低这些干扰，现有技术中已知的一种方法包括根据距离推荐，例如标准ARINC707所推荐的距离来放置无线高度测量***，以能够确保发射波和反射波的完全分离。然而，在小型飞行器(例如，遥控飞机)上难以遵守该推荐。而且，尽管遵照了该推荐，对于被飞越地带的某些配置，仍然可能遇到干扰。
可替代地，已知现有技术中提供了使用固定斜率调制信号的无线高度计，但是斜坡的持续时间或斜坡的中心频率被修改。这些不同的工作模式是预定义的，调制信号的配置必须在生产时进行设置。因此，区别生产这样的***造成了额外的成本，从而这些***能够被用于双装置中。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的缺点，能够在具有两个这样的***的装置中提供可靠的无线高度测量***，同时避免了用于这样的***的额外的生产成本。
为此目的，根据第一方面，本发明提供了一种无线高度测量***，该***能够被固定于飞行器并提供该飞行器至一表面的距离，并能够工作于包含两个这样的无线高度测量***的双无线高度测量装置中，所述无线高度测量***包括使用调制信号的调频无线波发生器，所述调制信号包括取决于由至少一个参数定义的频率摆动的频率变化斜坡。
所述无线高度测量***包括：用于获取标识符的装置，所述标识符能够使所述无线高度测量***区别于所述双装置中另一个无线高度测量***；以及，用于根据所获得的标识符选择所述至少一个参数的装置，所述至少一个参数定义所述调制信号的频率摆动。
有利地，本发明的无线高度测量***是动态可配置的，正如频率摆动斜坡可依据所述***在其启动时所获取的标识符进行配置。因此，可单独使用该***或者将其用于具有两个无线高度测量***的装置，在该情况下，可确保工作安全性。对于具有两个这样的***的装置中的每个***，没有必要进行区分生产。
根据一个特别有利的实施例，所述频率摆动由预定的频率变化值ΔF和相关的正/负变化方向来定义，所述参数定义所述变化方向。因此，当两个这样的***应用于同一个飞行器上的装置时，其中一个***发射由带有上升斜坡的信号调制的无线波，而另一个将发射由带有下降斜坡的信号调制的无线波，从而可最小化所有场景下的潜在干扰。
本发明的无线高度测量***可具有以下一个或多个特征：
所述标识符为一数字，该数字具有两个可能值中的一个值。
该无线高度测量***进一步包括：用于接收无线波的装置；用于对所发射的无线波和所接收的无线波进行相减以形成差拍信号的装置；以及，用于对所述差拍信号进行滤波的装置。
所述滤波装置能够对预定频带内的所述差拍信号进行滤波。
所述用于获取标识符的装置包括用于读取操作员通过适当的界面输入的标识符的装置。
根据第二方面，本发明涉及一种包括两个以上所描述的无线高度测量***的无线高度测量装置。
附图说明
参照附图，以下提供的说明以供参考且非限制性地示出了本发明的其他特征及优点。
图1示意性地示出了配备有具有两个无线高度测量***的装置的飞行器；
图2示出了由FMCW型无线高度测量***发射和接收的无线波以及提取的理论差拍信号；
图3示出了根据本发明一个实施例的由两个无线高度测量***发射的无线波；
图4示出了图3的实施例中两个无线高度测量***之间的干扰；以及
图5为根据本发明一个实施例的无线高度测量***的概观。
具体实施方式
以下特别描述本发明，其中无线高度测量***为无线高度计，能够提供自地面的距离测量或自飞行器(例如，飞机或直升机)飞越的表面的距离测量。
图1示意性地使出了配备有无线高度测量装置2的飞行器1，该无线高度测量装置2包括两个无线高度计3和4，每个高度计均能通过发射天线发射以OE表示的无线波或所发射的无线波阵列，每个被发射的无线波均例如根据信号进行频率调制，该信号包括范围在值Fmin和值Fmax之间的、取决于频率摆动ΔF＝abs(Fmax-Fmin)的频率变化斜坡，如图2中图表示意性所示，其中，abs表示绝对值。无线波OE在地面反射并生成反射波OR。
图1还示出了可能发生的干扰现象：由无线高度计3发射的无线波O’E被反射并作为接收波O’R被无线高度计4接收，且作为反射波被无线高度计4响应于由该无线高度计4发射的另一个无线波O”E进行处理，从而产生成测量误差。
在标称工作条件下，如图2中所示，FMCW型无线高度计发射根据具有频率摆动ΔF的频率斜坡进行调制的无线波，在图2的示例中，时频图表10中示出的频率斜坡为上升斜坡，其具有正斜率以及持续时间T，典型地为50ms左右。
上升斜坡之后为上平台、下降斜坡、具有预定或可变持续时间的下平台，然后重复同样的“上升斜坡-上平台-下降斜坡-下平台”序列(图2中未示出所述斜坡的重复)。
经地面的反射后，反射波OR作为回波经τms时间偏移后被接收。因此，在时间t时刻，发射波和接收波之间的频差为Fb。此频差被称为拍频(beatfrequency)。图2中的时频图表12中示出了差拍信号SB。
理论上，如果所飞越的表面是平坦的，在上升斜坡的整个传输持续时间T内，拍频是恒定的。通过测量该拍频，可计算相对于所飞越的表面的高度H，假定公式为：
Figure BDA00003086007400051
其中，c为光速。
由此，由拍频Fb推导出高度H的测量：
H = c 2 × T ΔF × F b
应当理解，如果使用的接收波并非是实际上作为发射波的回波被反射的波而是由另一个无线高度测量***发射的相似形式的波，则所提取的拍频是错误的，而这将导致错误的高度测量H。
根据图3所示的本发明的一个实施例，提议充分区分分别由双装置2的每个高度测量***发射的波，同时保持这些***中的每一个在单独使用时性能水平相同。
根据本实施例，由无线高度测量装置2的第一无线高度测量***3发射的波
Figure BDA00003086007400053
和由无线高度测量装置2的第二无线高度测量***4发射的波
Figure BDA00003086007400054
具有以相反符号表示的斜率，同时波
Figure BDA00003086007400055
和波
Figure BDA00003086007400056
的斜坡具有相同的在相同边界Fmax和Fmin之间的频率摆动ΔF以及相同的频率斜坡传输时间T。
在启动时，根据在启动时获得的标识符，动态完成无线高度测量***的发生器的上升斜坡或下降斜坡配置的参数化。根据所述标识符，选择该参数化(在此为在频率Fmin和Fmax之间的斜坡的变化方向的正或负符号)。
优选地，所述标识符为离散值，例如，对1比特进行编码以区分两个***。根据一个实施例，所述标识符为在标准ARINC707中定义的SDI(源目的地标识符)。
有利地，所述无线高度测量***的功能区分仅在被使用时完成，初始开发是相同的，从而降低了生产成本，生产期间不需要提供区分。
图3使用分别由14和16指示的时频图表并行示出了由两个无线高度测量***3和4发射的波
Figure BDA00003086007400057
知
Figure BDA00003086007400058
Figure BDA00003086007400059
的上升斜坡对应于的下降斜坡，
Figure BDA000030860074000511
的上平台对应于
Figure BDA000030860074000512
的下平台。即使所述上升斜坡的开始时刻和所述下降斜坡的开始时刻之间有偏差，波之间依然可以被充分区分以避免随后的如图4所示的高度上的测量误差。
实际上，图4在时频图表18中示出了由第一无线高度测量***3发射的波
Figure BDA00003086007400061
和经时间偏移τ1后接收到的来自第二无线高度测量***4的波
Figure BDA00003086007400062
的混合。波
Figure BDA00003086007400063
或者为由所述第二***发射的波，或者为来自由所述第二***发射的波的反射波。
在时频图表20中示出了由这两个波的混合产生的差拍信号SB。
如图表20所示，由此获得的差拍信号SB的频率是可变的。
在典型操作期间，无线高度测量***对由发射波和接收波的零拍混合而获得的差拍信号进行滤波。所述滤波将信号保持在大约Fb的频带dF内，在无线高度测量***的说明书中，dF和Fb是已知的，特别是最大测量高度。
因此，差拍信号中，想要的波谱在整个分析时间T上延伸，而频率位于滤波范围之外的部分被滤除，仅有部分SP被保留，该部分SP对事实上由无线高度计的发射信号和接收信号的混合产生的差拍信号的贡献最小，如之前图2中所示。
有利地，本实施例中，高度测量所受干扰最小，其中由两个无线高度测量***传输的斜坡的变化方向是相反的。
图5是根据本发明一个实施例的无线高度测量***22的概观。
无线高度测量***22包括启动界面模块24，其能够形成例如由操作员提供的初始化信息。
该无线高度测量***还包括用于获取标识符的模块26。所述标识符由适当的装置28输入，该适当的装置例如为在***安装期间提供给操作员的图形界面或者为可由该操作员定位的按钮。
在一个实施例中，标识符为被编码在单一比特上的离散数值，从而可以区分两个无线高度测量***，例如，将标识符0指定给其中一个***，称之为第一***，并将标识符1指定给另一个***，称之为第二***。在安装时填入该离散数值，将其***寄存器中存储的适当的数据结构中，并在每个***启动期间对其进行读取。
所获取的标识符被用来选择调制信号生成模块30中调制信号的斜坡的频率摆动的参数，其由重复的如图2和3中所示的斜坡-平台序列组成。
例如，根据参照图3和4所描述的实施例，根据由模块26获取的标识符，选择频率摆动的变化方向或斜坡的斜率符号。例如，具有上升斜率的斜坡与标识符0相关，而具有下降斜率的斜坡与标识符1相关。
数模转换器32将由模块30获得的调制信号转换为模拟信号或无线波。
模块34，例如由VCO振荡器组成，将来自模块32的无线波转换为频率斜坡波，该频率斜坡波之后经放大器36进行放大。耦合至发射器40的发射天线38发射该调频的无线波OE。
在接收侧，耦合至接收天线44的接收器42能够接收反射的无线波OR。放大器46放大该接收波。
生成差拍信号SB的模块48对所发射的无线波OE和所接收的无线波OR进行相减，典型地，以已知方式，由零拍混合器完成。
之后，差拍信号SB经放大器50进行放大，再经滤波模块52进行滤波。如上所解释的，所述滤波包括仅保留其波谱被包含在预定频带[fmin，fmax]的信号，其中abs(fmax-fmin)＝dF。
之后，完成模数转换54，所获得的数字信号被提供给光谱转换模块56，该光谱转换模块例如应用傅里叶变换(FFT)，然后，该变换的结果被提供给提取拍频的模块58，接着是模块60进行的对估计高度的计算。飞行器离地面的高度或距离的计算结果、可选的警报及其他信息通过界面62被提供给操作员或提供给用户应用。
以上，通过实施例描述了本发明，其中，定义调制信号的斜坡的频率摆动的参数为所述频率摆动的斜率的符号。可替换地，可使用所述频率摆动的其他参数来达到动态区分两个无线高度测量***的有利结果。

Claims (7)

1.一种无线高度测量***，其能够被固定于飞行器并提供该飞行器至一表面的距离，所述无线高度测量***能够工作于包含两个这样的无线高度测量***的双无线高度测量装置(2)中，所述无线高度测量***包括使用调制信号的调频无线波发生器，所述调制信号包括取决于由至少一个参数定义的频率摆动的频率变化斜坡；
其特征在于，所述无线高度测量***包括：
用于获取标识符的装置(26)，所述标识符能够使所述无线高度测量***区别于所述双装置(2)中另一个无线高度测量***；以及，
用于根据所获得的标识符选择所述至少一个参数的装置(30)，所述至少一个参数定义所述调制信号的频率摆动。
2.根据权利要求1所述的无线高度测量***，其特征在于，所述频率摆动由预定的频率变化值ΔF和相关的正/负变化方向来定义，所述参数定义所述变化方向。
3.根据前述权利要求中任一项所述的无线高度测量***，其特征在于，所述标识符为一数字，该数字具有两个可能值中的一个值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的无线高度测量***，其特征在于，该***进一步包括：
用于接收无线波的装置(42，44)；
用于对所发射的无线波和所接收的无线波进行相减以形成差拍信号的装置(48)；以及
用于对所述差拍信号进行滤波的装置(52)。
5.根据权利要求4所述的无线高度测量***，其特征在于，所述滤波装置能够对预定频带内的所述差拍信号进行滤波。
6.根据前述权利要求中任一项所述的无线高度测量***，其特征在于，所述用于获取标识符的装置(26)包括用于读取操作员通过适当的界面(28)输入的标识符的装置。
7.一种无线高度测量装置(2)，包括两个根据权利要求1-6中任一项所述的无线高度测量***。
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