對某型直升機無線電高度表低高度誤差過大的分析

■ 陳池禮/國營錦江機器廠

某型直升機的無線電高度表系統存在問題：在直升機低高度飛行時，測量顯示的無線電高度值均存在明顯偏小的現象，其中一架飛機比正常值偏小高達1.4m左右（即當直升機機輪離地約2.4m時綜合顯示器顯示的無線電高度值才會由0m變為1m）。由于無線電高度指示對載機的飛行與著陸安全非常重要，因此有必要對該現象進行深入的分析處理。

1 無線電高度表系統的組成及測量顯示原理

該型直升機的無線電高度表系統由調頻連續波恒差頻式XXX無線電高度表和XXK-XX綜合顯示控制系統（以下簡稱綜顯）共同組成。XXX無線電高度表由XXX無線電高度收發機（以下簡稱收發機）、發射與接收天線和發射與接收電纜組成。綜顯由MFСD多功能顯示器、MFK多功能鍵盤、DСP綜合顯示處理計算機等組成。

收發機負責測量載機相對于其所飛躍地形的真實高度，并輸出對應的高度直流電壓給DСP綜合顯示處理計算機，經其A/D采樣和計算機軟件處理后，通過RS422總線輸至MFСD多功能顯示器顯示出無線電高度值，如圖1所示。

圖1 無線電高度表系統與綜合顯示控制系統交聯關系圖

根據無線電高度表工作原理，收發機通過測量電磁波信號的延遲時間來確定飛行器的相對飛行高度。該延遲時間由兩部份組成，一是與飛行高度成正比的延遲時間Т=2H/С（H為飛行高度，С為電磁波傳播速度3×108m/s），一是收發機與收發天線之間的高頻饋線和停機時（對固定翼飛機而言，通常指起落架與跑道剛接觸時）天線離地面高度的延時Тi，也稱為收發機的飛機設備安裝延時，該值為定值，隨收發機的設計定型而固定。收發機內部通過特定的電路，輸出與飛行高度成正比的高度直流電壓。即VH＝k（Т-Тi）。

2 收發機的技術要求與實際裝機狀態存在差異

2.1 收發機的技術要求

收發機由收發機、收發天線、收發高頻饋線和托架共同配套組成，全部由承制廠提供。該型無線電高度收發機機載設備維護手冊的相關技術要求為：

1）飛機設備安裝延時8.5 3 4 m（28ft）；

2）高度輸出規律（線性直流模擬電壓）0～6 0 0 m，U=0.0164H（V）（H單位為m）；

3）測高誤差0～30m范圍內為0.6m或3%H，取較大者。

可知：當載機處于停機狀態時，收發機射頻信號收發端的時延（等效高度）應為4.267m（14ft），輸出的高度電壓應為0V，允許的電壓誤差為±9.84mV。

2.2 實際裝機狀態試驗驗證情況

1） 機上系統閉環成套試驗

先將收發機放在內場進行性能檢查，在外接28ft延遲線作用下發現輸出高度電壓與其履歷本最近修理記錄的性能數據一致，都為0V，即0m時無誤差。

在機上無線電高度表系統中并接入Agilent 34401A數字萬用表，測試收發機輸出的高度電壓與綜顯示數情況，如表1所示。

試驗結果反映出該機剩余高度存在-0.73m的誤差，主要原因為機上高頻饋線和停機時天線離地高度不夠所致。

2） 機上系統開環試驗

采用Agilent E5071С矢量網絡分析儀，測試該型直升機的機上無線電高度表高頻饋電系統（高頻饋線、收發天線和離地空間）在4.3GHz的時延，如表2所示。

表1 載機處于正常停機狀態下的閉環成套試驗數據

表2 載機處于正常停機狀態下的開環試驗數據

由無線電信號傳輸速度和高度距離關系有：

23.4ns×0.3m/ns＝7.02m

7.02m－8.534m＝-1.514m

-1.514m÷2＝-0.757m

-0.757m×16.4mV/m＝-12.4mV

可見，兩種試驗方法結果基本一致，都說明XXX無線電高度收發機在該型直升機上的設備安裝延時8.534m（28ft）設計存在-1.5m的較大誤差，使實際測高增加了-0.75m的誤差。

2.3 異常情況

在機上閉環測試收發機輸出電壓與綜顯示數情況的基礎上，分別在機上收發機的收發高頻饋線接口端串聯接入28ft（等效高度4.267m）延遲線進行試驗，卻出現了異常情況，如表3所示。

根據高度表工作原理，串聯接入延遲線后本應該是輸出增加該延遲線的等效高度值，但實際在該機發射端串聯接入延遲線時輸出僅為1.5m，而在接收端串聯接入延遲線時收發機還出現失鎖，表現為不正常。

該收發機設備維護手冊指標規定，0 m的靈敏度S要求值為：62dB≤S≤72dB；但在參數調整中要求調為67dB。承制廠的出廠數據也是67dB，而該產品本次由某公司修理出廠的數據為64dB。

表3 載機處于正常停機狀態下串接延遲線試驗情況

表4 高度表無線電波在自由空間測量高度上的傳輸損耗

表5 綜顯理論工作數據

根據工作在4.3GHz的高度表發射的無線電波在自由空間測量高度上的傳輸損耗（衰減）公式為Lf＝51.13＋20logH（dB），得到表4的計算值。

理論上，當高度表的安裝延時和天線增益、連接高頻饋線選定后，高度表的接收增益受高度控制的規律（靈敏度曲線）也就確定下來，并應與無線電波在自由空間測量高度上的傳輸損耗規律基本相同，這樣才能更有利于測高誤差的控制。

可見，將0 m（安裝剩余高度4.267m）的靈敏度調整為64dB基本上是理論最低值，而根據信號傳輸要求和無線電信號反射衰減特性，通常應至少增加3dB以提高信噪比和工作可靠性，因此，將維護手冊要求調整為67dB才是合理的。

綜上，在收發機的收發端串接延遲線試驗中出現的異常情況應是由于該收發機的低高度端靈敏度調整偏低所致：在發射端串接時，因該端射頻信號功率較大，串接對高度信號的信噪比影響程度小，收發機還能跟蹤但測量誤差增大使輸出的高度誤差較大；在接收端串接時，因該端射頻信號功率已經很小，再串接時對其信噪比影響較大，致使收發機因信噪比過低不能跟蹤導致失鎖。

3 綜顯的無線電高度通道設計情況

3.1 理論分析

根據綜顯技術資料和軟件設計，綜顯的無線電高度通道設計情況為：

1）模擬量輸入范圍：0～20V；

2）接口采集模塊狀態：A/D采樣12位，分辨率4.8828mV（0.298m），A/D模擬轉換誤差＜0.1%；

3）組織畫面顯示設計：高度計算值+0.5后取整顯示（即四舍五入）。

因此，可以推導出綜顯的工作數據，如表5所示。

3.2 實測數據分析

采用微調高分辨率直流穩壓電源（Agilent 34401A并聯監測）模擬高度電壓信號方法，得到試驗實際機上綜顯的顯示狀態，如表6所示。

表6 綜顯實際工作數據

可見，實測數據與理論分析基本一致。綜顯實際性能數據更好，應是其內部的數據采集處理比技術資料描述更加復雜和優化，如采用分段A/D等，確保了在較低硬件基礎上實現更高精度采樣的目標。其中在0/1跳變顯示時的數據相差較大，應是A/D在低端的線性度較低。

4 綜合分析與處理結果

該型直升機的高度表發射天線裝于7960～8840框，接收天線裝于6630～7960框，兩天線的中心與直升機旋翼軸的水平距離約4m，可以大致計算出機身俯仰（θ）對無線電高度測量值的影響約為4tgθ（m），即俯仰1?影響0.07m。起落架緩沖支柱和機輪輪胎因減振作用設計，存在隨載機的重量變化而變化的壓縮量，正常停機情況下約為0.25m。

因此，綜合分析收發機、綜顯和載機的技術狀態，理論上當收發機的零高度誤差為0時，載機保持水平飛行，機輪至少應離地1.3m，綜顯才會顯示1m；當考慮收發機的測高誤差（0.6m）和載機飛行的水平誤差（≤3?）時，機輪離地約2m，綜顯才顯示1m，這是符合技術要求的。

造成該直升機的無線電高度表系統機輪離地約2.4m時綜顯才顯示1m的原因是，收發機的低高度端靈敏度調整過低（0m時的靈敏度為64dB），使測量誤差增大。

內場重新調整該機收發機的參數，將0m的靈敏度提高3dB至67dB，重新檢查調整測高誤差，使0m點電壓在誤差范圍內略微偏正（+0.2m）。再裝機進行地面通電檢查，收發機輸出高度電壓約-3.8mV（-0.23m），綜顯示數為0m。最后經試飛驗證，機輪離地約1.6m時綜顯顯示1m，其他各高度點誤差指標也達到了可接受范圍。

當然，要進一步減小無線電高度表系統的低高度誤差，還可以調整收發機的剩余高度值或增加機上的高頻饋線長度（需相應增加其衰減量的靈敏度值），但這些調整都涉及原機定型狀態的改變，通常需辦理相關的批準手續。