高度計(jì)技術(shù)原理-氣壓、雷達(dá)（無線電）和光學(xué)測高技術(shù)

高度計(jì)從20世紀(jì)20年代就開始起飛了?，F(xiàn)在，有了壓阻式集成電路（壓力傳感器）和類似激光雷達(dá)的技術(shù)，高度計(jì)比以往任何時(shí)候都先進(jìn)。雖然**個(gè)高度計(jì)出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代，但隨著電路設(shè)計(jì)在現(xiàn)代應(yīng)用中的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)得到了許多更新。在接下來的幾十年里，高度計(jì)是如何成為關(guān)鍵部件的？
什么是高度計(jì)？
高度計(jì)是測量物體高度的儀器，通常在固定的水平面上，通常是海平面上。因此，對(duì)物體高度的測量稱為測高法。這些設(shè)備可以是機(jī)械的，也可以是電子的，這取決于它們的應(yīng)用。

高度計(jì)記錄測量值的基本原理

目前常用的高度計(jì)主要有三種：

• 氣壓高度計(jì)和氣壓高度表根據(jù)大氣條件工作。
• 無線電和雷達(dá)高度計(jì)使用電磁波工作。
• 光學(xué)高度計(jì)使用光波和激光系統(tǒng)工作。
  

氣壓高度表的工作原理
膜盒氣壓高度表的*大部分是氣壓表（機(jī)械式）。這些裝置由密封金屬室中的內(nèi)部彈簧（或膜盒）驅(qū)動(dòng)，該密封金屬室根據(jù)氣壓變化進(jìn)行壓縮。這種壓縮會(huì)移動(dòng)儀表指針，給出以米或英尺為單位的高度讀數(shù)。
內(nèi)室的擴(kuò)張*終為這個(gè)機(jī)制提供動(dòng)力。然而，這些儀器對(duì)天氣條件變化時(shí)的氣壓變化很敏感。這樣的實(shí)例可能會(huì)使測量結(jié)果發(fā)生偏差。

氣壓高度表示意圖，氣壓高度表示意圖。

現(xiàn)代氣壓高度表也可能包括連接到線路上的靜壓端口（或皮托管）。這些線路以固定的速率從移動(dòng)物體（如飛機(jī)）的前部輸送空氣。速度不影響這個(gè)系統(tǒng)，但空氣壓力的變化是轉(zhuǎn)換的。當(dāng)管子設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，沖擊波和誤差會(huì)影響測量。
這并不是說氣壓高度表不能是電子的?，F(xiàn)代氣壓計(jì)使用壓阻集成電路（IC）（高精度壓力傳感器）。該集成電路的偏轉(zhuǎn)（或彎曲）與大氣壓力成比例，從而改變電路的電阻。因?yàn)檫@個(gè)阻力是實(shí)時(shí)監(jiān)測的，所以系統(tǒng)可以根據(jù)假設(shè)測量高度。信號(hào)處理器和電壓調(diào)節(jié)電路都內(nèi)置在這個(gè)集成電路中。約束晶片保持來自電路背面的內(nèi)部壓力，同時(shí)保護(hù)任何底層傳感器免受內(nèi)部積聚的應(yīng)力。這種設(shè)置在差壓儀表中很常見。

壓阻式集成電路（高精度大氣壓力傳感器）原**壓高度計(jì)

無線電高度計(jì)|雷達(dá)高度計(jì)
如果我們需要不易受天氣變化影響的系統(tǒng)呢？無線電（或雷達(dá)）高度計(jì)利用射頻（RF）信號(hào)來確定動(dòng)態(tài)高度。這些型號(hào)包括一個(gè)收發(fā)兩用機(jī)，與獨(dú)立的天線一起工作。信號(hào)被發(fā)射到發(fā)射機(jī)，發(fā)射到地面，然后反射回發(fā)送器。距離-時(shí)間計(jì)算用于報(bào)告高度。

無線電高度計(jì)基本框圖。圖片由Fathy Ahmed提供

無線電高度計(jì)（雷達(dá)高度計(jì)）在一定的赫茲范圍內(nèi)使用固定的調(diào)頻信號(hào)。雖然從理論上講，從發(fā)送到接收，調(diào)頻頻率不應(yīng)改變，但在其回程中，調(diào)頻頻率確實(shí)會(huì)增加。該邏輯被編程到機(jī)載系統(tǒng)中，從而提高了讀數(shù)的精度。無線電高度計(jì)通常是獨(dú)立的單位，但也可以顯示高度與電子飛行顯示。計(jì)算機(jī)對(duì)這種裝置至關(guān)重要。這些儀器從其他電子系統(tǒng)的電源中汲取能量。這通常發(fā)生在點(diǎn)火或啟動(dòng)時(shí)。因此，雷達(dá)高度計(jì)通過一個(gè)斷路器運(yùn)行，該斷路器可以自動(dòng)待命，也可以響應(yīng)機(jī)載事件。然后用電為嵌入式射頻芯片和天線供電。

光學(xué)高度計(jì)|激光高度計(jì)
光學(xué)系統(tǒng)與激光雷達(dá)等其他基于能量的技術(shù)有許多相似之處。能量脈沖通常以激光光波的形式被附近的物體（包括地面）傳輸和反射回來。這些“基于視覺的”系統(tǒng)在提供周圍世界動(dòng)態(tài)地形的同時(shí)具有高度**性。

激光高度計(jì)框圖，圖片由Veli Heikkinen提供

有人甚至可以說，光學(xué)高度計(jì)的工作原理類似于回聲定位，而不是在計(jì)算過程中用聲波來交換光波。需要一個(gè)發(fā)射器將光脈沖指向地面。傳感器接收任何返回信號(hào)。此外，這些光學(xué)裝置與GPS接收器和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）配對(duì)，以更**地確定與位置相關(guān)的高度。光學(xué)（或激光）變體是通過其安裝或嵌入的物體來提供動(dòng)力的。

高度計(jì)將推動(dòng)未來的發(fā)現(xiàn)
他們的先驅(qū)者們從今天的機(jī)械高度來看是很清楚的。電路的進(jìn)步為新的高度計(jì)設(shè)計(jì)鋪平了道路?？茖W(xué)家和工程師們都在尋求新的發(fā)現(xiàn)。他們還承諾使我們現(xiàn)有的系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都更**。

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