回答一下关于无线电高度的问题

受疫情影响，最近一直呆在家。今天闲来无事，刚好研究下被问到的无线电高度相关的问题。
关于无线电高度，之前写过一篇：
无线电高度表地面显示-4是怎样实现的？
首先纠正一下原文中-3的错误，在-12/-20到100英尺之间，RA显示的增量是2，所以地面由于飞机晃动，可能会出现-4±2的跳动：

无线电高度表的原理

关于无线电高度表的原理，笼统的解释是：通过向地面发送无线电信号，测量信号从飞机到达地面和返回所需的时间来测量飞机的高度。
最典型的例子是，FL380，RA=1000：
实际情况是下面有一架飞机飞过：
无线电高度表与高压高度表完全不同，因为气压高度表依赖于外部大气压，而气压会随着天气的变化而变化。所以气压高度表不能告诉你距离地面的位置，而无线电高度表只能告诉你离地面有多远。
如果需要了解详细的原理，可以看这个视频：

B站上也有。
看完这个视频，我们可以知道，无线电高度表测的是飞机无线电天线离下部障碍物的最短距离。
同时可以回复下面的问题：
Q1：无线电高度表如何适应飞机的姿态变化的
https://www.airacm.com/read/72704/
求助！飞机平飞和俯仰或翻滚时高度表的天线与水平面的夹角不同，如何保证高度表能准确测高呢？
一架飞机可能有多个传感器，例如，为了给机长和副驾驶提供独立的信息来源，飞机需要两套系统。每个无线电高度表都有两个安装在飞机腹部的天线，一个用来发射无线电信号，另一个用来接收信号。
▲ 737NG 无线电系统部件位置

无线的位置

还会经常被问到无线电高度与主起离地高度之前的关系。
Q2：译码显示起飞时RA 8英尺飞机还未离地
起飞时无线电高度表显示为8英尺，但是有一个主轮还显示为地面位，当时带了一个很小的坡度。1°左右。
下面标红的都是同一秒的数据：

▲ 这里的RA参数选的不对，地面不是-4而是0

无线电测得的高度是其天线离地的高度，而机组关注的主要是主起离地高度，尤其是在起飞和降落时。在飞机起飞离地前的瞬间，轮子仍然与地面接触；或者在飞机降落主轮开始接地的瞬间，主起还未开始压缩；我们认为此时飞机主起离地的高度是0。但是，此时，飞机的机头是抬起的，机尾是比机头低的。
假设飞机的俯仰角度是θ，飞机各部位高度变化：
ΔH=Dsinθ
D=各部位离飞机主起之前的距离。
以737-800飞机为例，我们看下RA天线离主起的距离：
前起STA 291，前起到主起的距离为51英尺2英寸=614英寸。
RA的四个天线STA分别为390、410和430、450。
随便用一个，比如RA1的发射天线STA430，计算其离主起的机身方向距离：
（51*12 2）-（430-291）=475英寸
假设我们以右主起变为空中前一组数据的俯仰角U8.96来计算：
ΔH=Dsinθ=475*sin(8.96°)=74英寸=6英尺2英寸
此时RA=5，相对于地面时的-4，ΔRA=9英尺
ΔRA-ΔH=2英尺10英寸
考虑主起内筒伸出，取最大变化量16英寸（1英尺4英寸）：
再考虑1°滚转角度的影响：
▲左右主起间距18英尺9英寸=225英寸
1°右侧滚转会使右主起降低：
225*0.5*sin(1°)=2英寸
ΔRA-ΔH大于主起内筒伸出 右侧滚转之和，从数据也可以证明飞机已经离地了。
由于QAR每秒数据采样率的问题，再加上译码里RA的精度，以上推导只是为了说明RA天线位置与主起离地高度间的关系，不做其他用途。

RA与俯仰角的关系

飞行员非常想知道主轮离地的高度，如果把RA天线放在主起落架附近，这样它们离地高度就不会随着飞机的转动而改变，不就解决问题了吗？
但是这样会存在一个问题。
▲ 747起落架
天线的信号会受到主起落架的影响。特别是当起落架放出或收回的时候，无线电天线的信号可能射到起落架上，从而给出错误的测量结果。所以必须把RA天线放在主起落架的前面或后面。
然而客机无线电高度表的主要用途，是在着陆前测量主轮离地的高度，所以必须考虑正常着陆接地时RA指示接近为0。这样一来就要改变飞机旋转时的RA指示。
因此，飞机的无线电高度系统会设定一个修正，也叫做AID：
▲ 737NG RA AID=57英尺
可能很多人对此理解有误。AID数值设定时，要考虑电缆长度、机身离地距离、拉平角，但是机型设定好后，飞机显示的RA值不会再受飞机拉平角的影响。
以737NG飞机为例，AID=57FT，这是由无线电高度表装到飞机上后，通过后部电子设备架的销钉就自动设定了，后面飞机上RA指示，其实就是飞机RA天线测得的其离下部障碍物的高度减去一个固定值，与飞机的俯仰角已经没有关系了。前面的文章已经介绍了，这个数值大概是8英尺，也就是飞机上RA值加上8英尺，就是此时RA天线离地大概距离。
同理，很容易看出，俯仰角度大起飞时，离地RA也会大；着陆也同理。
▲ 某737飞机RA（ft）与俯仰姿态（deg）的关系图
蓝色的点横坐标是俯仰角，纵坐标是无线电高度。开始RA=-4，俯仰角-1°左右，飞机开始加速滑跑，在某个时刻，飞行员开始抬前轮，俯仰姿态从0到 6度时，RA读数增加到0。
从这条蓝色虚线，绘制出一条绿色的“最佳拟合”直线，并计算直线的斜率。上图是波音737，斜率为0.44英尺/度，下图是波音747，斜率为1.04英尺/度，因为747飞机更长，天线距离主轮更远。
▲ 747
当然，不同的飞行中有相当大的差异，这主要取决于飞机爬升速率和抬轮旋转速率。
对于 CRJ 900飞机，会是另外的图表：
这是因为CRJ 900飞机RA天线在主起后面。滑行时RA读数大于零，只有当飞机旋转时才会减小。并且由于飞机起飞的俯仰角比着陆时更高，正常着陆接地时RA=0，所以起飞时RA读数降低到0以下，起飞时读数会为负值。
A320也类似，RA天线也位置也在主起的之后，当然，A320在地面RA正常指示为0英尺（0±2）：
▲ A320 RA天线位置
A320为什么能地面让RA刚好指示0英尺呢？这是因为正常着陆时主起落架的伸出长度，刚好能抵消机身俯仰带来的RA天线离地距离减小。当然A320在起降时RA可能也会短暂出现负值，主要受俯仰角度的影响，其次是起飞受主起压缩影响。
参考阅读：
Looking Closely at Radio Altimeters
https://www.flightdatacommunity.com/looking-closely-at-radio-altimeters/
简单说一下RA与主起离地高度的关系，感兴趣的可以自己去计算。
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