Монаков Андрей Алексеевич – доктор технических наук (2000), профессор (2005) кафедры радиотехнических систем. Почетный машиностроитель РФ (2005), почетный работник высшего профессионального образования РФ (2006). Автор более 230 научных работ. Сфера научных интересов – радиолокация протяженных целей; цифровая обработка сигналов; радиолокаторы с синтезированной апертурой, исследование природных сред радиотехническими методами; управление воздушным движением.
ул. Большая Морская, д. 67 А, Санкт-Петербург, 190000
Andrey A. Monakov, Dr Sci. (Eng.) (2000), Professor (2005) of the Department of Radio Engineering Systems. Honored Mechanical Engineer of the Russian Federation (2005), Honored Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation (2006). The author of more than 230 scientific publications. Area of expertise: radar theory of extended targets; digital signal processing; synthetic aperture radar; remote sensing; air traffic control.
67 A, Bolshaya Morskaya St., St Petersburg 190000
Введение. Определена нижняя граница Крамера–Рао для среднеквадратической ошибки оценки высоты при использовании непрерывного частотно-модулированного периодического сигнала. На основании анализа границы установлено, что периодическое переключение частоты излучаемого сигнала между двумя значениями, разница которых равна выбранному значению девиации, является тем типом частотной модуляции, который позволяет реализовать потенциальную точность оценивания высоты в радиовысотомерах малых высот. Однако использование такого сигнала в существующих радиовысотомерах, основанных на измерении частоты сигнала биений, невозможно. Альтернативным решением является организация режима фазового измерения высоты.
Цель работы. Исследование возможности реализации режима фазового измерения высоты в следящем радиовысотомере малых высот, использующем для оценки замкнутый контур фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), и проверка методом математического моделирования его работоспособности.
Материалы и методы. Предложена математическая модель следящего радиовысотомера с измерителем, использующим принципы ФАПЧ для реализации фазового метода измерения высоты.
Результаты. Математическое моделирование доказало работоспособность радиовысотомера с контуром ФАПЧ, в котором реализован фазовый метод измерения. При работе по плоской поверхности высотомер дает несмещенную и эффективную оценку высоты при отношениях сигнал/шум больших 5 дБ. В случае шероховатой поверхности качество оценки высоты в высотомере примерно на порядок выше по сравнению со следящими высотомерами, в которых реализован метод измерения на основе оценки частоты сигнала биений.
Заключение. Полученные в ходе математического моделирования данные свидетельствуют о возможности достижения потенциальной точности оценки высоты в радиовысотомере с контуром ФАПЧ, совмещающем частотный и фазовый режимы измерений. Дальнейшие исследования будут посвящены изучению влияния различных факторов на качество работы радиовысотомера и его схемотехнической реализации.
Introduction. The Cramér–Rao lower bound for the root-mean-square error of height estimation in radio altimeters with continuous frequency-modulated periodic signals is determined. Analysis of the bound showed that a periodic stepwise change in the emitted signal frequency between two levels, the difference between which is equal to the selected deviation value, is a type of frequency modulation that enables the potential altitude estimation accuracy of lowaltitude radio altimeters. However, such signals cannot be used in existing radio altimeters that are based on beat frequency estimation. An alternative solution is to implement a phase-locked altitude measurement mode.
Aim. To investigate the feasibility of implementing a phase altitude measurement mode in a low-altitude tracking radio altimeter using a phase-locked loop (PLL) for altitude estimation, and to verify its performance using mathematical simulation.
Materials and methods. The stated problem was solved by constructing a mathematical model of a tracking radio altimeter with the PLL to implement the phase method for altitude estimation.
Results. The conducted computer simulation demonstrated the operability of the PLL-based radio altimeter that utilizes the phase method of altitude estimation. When operating over a perfectly flat surface, the altimeter provides an unbiased and effective altitude estimate with signal-to-noise ratios greater than 5 dB. In the case of a rough surface, the quality of altitude estimation in the altimeter is approximately an order of magnitude higher than in tracking altimeters, which implement estimation of the beat signal frequency.
Conclusion. The data obtained via computer simulation demonstrate the potential for achieving the height estimation accuracy in a PLL-based radio altimeter that combines frequency and phase measurement modes. Future research will examine the influence of various factors on the performance of the radio altimeter and its circuit design.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.