高度计技术原理

高度计技术原理-气压、雷达（无线电）和光学测高技术

高度计从20世纪20年代就开始起飞了。现在，有了压阻式集成电路（压力传感器）和类似激光雷达的技术，高度计比以往任何时候都先进。虽然**个高度计出现在20世纪20年代，但随着电路设计在现代应用中的发展，这项技术得到了许多更新。在接下来的几十年里，高度计是如何成为关键部件的？
什么是高度计？
高度计是测量物体高度的仪器，通常在固定的水平面上，通常是海平面上。因此，对物体高度的测量称为测高法。这些设备可以是机械的，也可以是电子的，这取决于它们的应用。

高度计记录测量值的基本原理

目前常用的高度计主要有三种：

• 气压高度计和气压高度表根据大气条件工作。
• 无线电和雷达高度计使用电磁波工作。
• 光学高度计使用光波和激光系统工作。
  

气压高度表的工作原理
膜盒气压高度表的*大部分是气压表（机械式）。这些装置由密封金属室中的内部弹簧（或膜盒）驱动，该密封金属室根据气压变化进行压缩。这种压缩会移动仪表指针，给出以米或英尺为单位的高度读数。
内室的扩张*终为这个机制提供动力。然而，这些仪器对天气条件变化时的气压变化很敏感。这样的实例可能会使测量结果发生偏差。

气压高度表示意图，气压高度表示意图。

现代气压高度表也可能包括连接到线路上的静压端口（或皮托管）。这些线路以固定的速率从移动物体（如飞机）的前部输送空气。速度不影响这个系统，但空气压力的变化是转换的。当管子设计不当时，冲击波和误差会影响测量。
这并不是说气压高度表不能是电子的。现代气压计使用压阻集成电路（IC）（高精度压力传感器）。该集成电路的偏转（或弯曲）与大气压力成比例，从而改变电路的电阻。因为这个阻力是实时监测的，所以系统可以根据假设测量高度。信号处理器和电压调节电路都内置在这个集成电路中。约束晶片保持来自电路背面的内部压力，同时保护任何底层传感器免受内部积聚的应力。这种设置在差压仪表中很常见。

压阻式集成电路（高精度大气压力传感器）原**压高度计

无线电高度计|雷达高度计
如果我们需要不易受天气变化影响的系统呢？无线电（或雷达）高度计利用射频（RF）信号来确定动态高度。这些型号包括一个收发两用机，与独立的天线一起工作。信号被发射到发射机，发射到地面，然后反射回发送器。距离-时间计算用于报告高度。

无线电高度计基本框图。图片由Fathy Ahmed提供

无线电高度计（雷达高度计）在一定的赫兹范围内使用固定的调频信号。虽然从理论上讲，从发送到接收，调频频率不应改变，但在其回程中，调频频率确实会增加。该逻辑被编程到机载系统中，从而提高了读数的精度。无线电高度计通常是独立的单位，但也可以显示高度与电子飞行显示。计算机对这种装置至关重要。这些仪器从其他电子系统的电源中汲取能量。这通常发生在点火或启动时。因此，雷达高度计通过一个断路器运行，该断路器可以自动待命，也可以响应机载事件。然后用电为嵌入式射频芯片和天线供电。

光学高度计|激光高度计
光学系统与激光雷达等其他基于能量的技术有许多相似之处。能量脉冲通常以激光光波的形式被附近的物体（包括地面）传输和反射回来。这些“基于视觉的”系统在提供周围世界动态地形的同时具有高度**性。

激光高度计框图，图片由Veli Heikkinen提供

有人甚至可以说，光学高度计的工作原理类似于回声定位，而不是在计算过程中用声波来交换光波。需要一个发射器将光脉冲指向地面。传感器接收任何返回信号。此外，这些光学装置与GPS接收器和惯性导航系统（INS）配对，以更**地确定与位置相关的高度。光学（或激光）变体是通过其安装或嵌入的物体来提供动力的。

高度计将推动未来的发现
他们的先驱者们从今天的机械高度来看是很清楚的。电路的进步为新的高度计设计铺平了道路。科学家和工程师们都在寻求新的发现。他们还承诺使我们现有的系统比以往任何时候都更**。

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