А.А. Монаков1, А.А. Тарасенков2

1 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)

2 ООО «Контур‑НИИРС» (Санкт‑Петербург, Россия)

Постановка проблемы. В следящих радиовысотомерах (РВ) малых высот применяются непрерывные периодические частотно-модулированные сигналы. Измерения высоты в РВ основано на оценке средней частоты сигнала биений, для чего в нем организуется замкнутый контур автоматического регулирования, который путем подстройки параметров зондирующего сигнала стабилизирует частоту сигнала биений на фиксированном уровне. Существует и другой способ построения контура слежения за изменениями высоты, базирующийся на использовании измерительного контура фазовой автоматической подстройки частоты. В этом случае контур подстраивает опорный сигнал (копию сигнала биений) с целью получения максимальной близости фазовой структуры сигнала биений и опорного сигнала. Однако при измерении высоты до шероховатой поверхности кроме ошибок измерения высоты, вызванных влиянием внутренних шумов приемника, на точность оценки оказывает влияние дальномерный шум, обусловленный формированием сигнала, рассеянного шероховатой поверхностью, как суммы отражений от стационарных точек поверхности, в которых локальная нормаль направлена на фазовый центр антенны РВ.

Цель. Провести сравнительный анализ влияния дальномерного шума на точность оценки высоты при работе по шероховатой двухмерной поверхности для трех типов следящих РВ: с измерительным контуром ФАПЧ, с перестройкой девиации частоты и с перестройкой периода модуляции излучаемого сигнала.

Результаты. Выполнено моделирование отраженного от двухмерной шероховатой поверхности сигнала методом стационарных точек, который является частным случаем метода Кирхгофа. Получены зависимости смещения и среднеквадратической ошибки оценок высоты от параметра шероховатости поверхности для трех типов следящих РВ. Показано, что для всех рассмотренных РВ смещение оценок мало и не зависит от параметра шероховатости, а среднеквадратическая ошибка оценки высоты увеличивается с увеличением параметра шероховатости. В ходе сравнительного анализа выбран РВ с наилучшими значениями этого показателя - РВ с измерительным контуром фазовой автоматической подстройки частоты (его ошибка примерно в 3 раза меньше, чем у РВ с подстройкой параметров зондирующего сигнала).

Практическая значимость. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения РВ с измерительным контуром фазовой автоматической подстройкой частоты в автономных бортовых системах навигации.

Монаков А.А., Тарасенков А.А. Точность следящих радиовысотомеров при работе по двухмерной шероховатой поверхности // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 6. С. 83-90. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202306-10

1. Жуковский А.П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радиовысотометрии / Под ред. А.П. Жуковского.
   М.: Советское радио. 1979.
2. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника. Пер. с англ. под общей ред. В.С. Вербы. В 2-х книгах. Кн. 2.
   М.: Техносфера. 2014.
3. Сосновский А.А., Хаймович И.А. Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Справочник. М.: Транспорт. 1987.
4. Сосновский А.А., Хаймович А.И., Лутин Э.А., Максимов И.Б. Авиационная радионавигация: Справочник / Под ред. А.А. Сосновского. М.: Транспорт. 1990.
5. Reshma S., Midhunkrishna P.R., Joy S., Sreelal S., Vanidevi M. Improved Frequency Estimation Technique for FMCW Radar Altimeters // 2021 International Conference on Recent Trends on Electronics, Information, Communication & Technology (RTEICT). 2021. Р. 185-189.
6. Vidmar M. Design Improves 4.3‑GHz Radio Altimeter Accuracy // Microwaves & RF. 2005. V. 44. № 6. Р. 57‑70.
7. Trivedi N., Kore D., Sasidhar S., Reddy A.V., Prasad B.S.V., Barve J. Altitude Measurement and Tracking Algorithm for FMCW Radar Altimeter Based on Reconfigurable Baseband waveform // 2018 IEEE 13th International Conference on Industrial and Information Systems (ICIIS). 2018. Р. 328-332.
8. Choi J., Jang J., Roh J. Design of an FMCW Radar Altimeter for Wide-Range and Low Measurement Error // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2015. V. 64, № 12. Р. 3517-3525.
9. Тарасенков А.А. ЧМ-радиодальномер с дискретным следящим контуром // Датчики и системы. 2019. № 2. С. 40-44.
10. Патент RU 207967 U1 G01S 13/34 (2021.08) H04L 25/03 (2021.08). Радиовысотомер с непрерывным излучением и фазовой автоподстройкой опорного сигнала. / А.А. Монаков, А.А. Тарасенков. Опубл. 29.11.2021. Бюл. № 34.
11. Монаков А.А., Тарасенков А.А. Следящий радиовысотомер малых высот с системой ФАПЧ // Известия вузов России.
    Сер. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25. № 2. С. 54–63.
12. Монаков А.А., Тарасенков А.А. Сравнительный анализ математических моделей следящих радиовысотомеров // Известия вузов России. Сер. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25. № 4. С. 72–80.
13. Тарасенков А.А. Экспериментальная оценка точности радиовысотомера малых высот с измерительным контуром ФАПЧ // Датчики и системы (в печати).
14. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Теория радиолокации протяженных целей. М.: Радио и связь. 1992.
15. Монаков А.А. Дальномерный шум протяженных целей // Радиотехника. 2002. Т. 66. № 7. С. 37‑41.
16. Монаков А.А. Моделирование рассеянного шероховатой поверхностью радиосигнала методом стационарных точек //
    Известия вузов России. Сер. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 3. С. 65‑75.
17. Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука. 1972. 424 с.