毫米波反射率標準物質定值的不確定度評定

姜維維 張 雨 王清海

（中國兵器工業集團第五三研究所，濟南 250031）

毫米波反射率標準物質定值的不確定度評定

姜維維 張 雨 王清海

（中國兵器工業集團第五三研究所，濟南 250031）

對毫米波反射率標準物質定值的不確定度進行了評定，分析了各不確定度分量的來源并進行了量化。毫米波反射率標準物質的擴展不確定度U≤1 dB（k=2），滿足技術指標要求。結果表明，影響不確定度的主要因素為標準物質的穩定性。

不確定度 反射率測量 標準物質

毫米波反射率標準物質用于評價反射率測試系統和測試方法的準確性、可靠性，并對空間法反射率測試系統進行修正、校準。要保證所校準的測試系統的準確度和一致性，標準物質的定值和不確定度評定則是十分必要的。

1 測試方法

隱身材料反射率的測試方法有RAM反射率遠場RCS測試法、RAM反射率弓型測試法、RAM反射率空間平移測試法。其中RAM反射率遠場RCS測試法是絕對定值方法，該方法具有最高定值準確度，不確定度可達到0.5 dB，定值精密度可達到0.1 dB，高于其它兩種方法的準確度和精密度，因此筆者采用RAM反射率遠場RCS測試法進行定值［1］。在相同的實驗條件下，進行多次重復放置測試，最后確定出標準物質的標準值和測量不確定度［2］。

2 不確定度來源

毫米波反射率標準物質定值的不確定度主要包括以下幾個方面：

（1）測試系統引入的不確定度；

（2）同一條件下重復測試引入的不確定度；

（3）均勻性引入的不確定度；

（4）時間變化引入的不確定度；

（5）溫度變化引入的不確定度；

（6）濕度變化引入的不確定性。

3 不確定度的評定

3.1 測量系統引入的不確定度uB

測試系統引入的不確定度按B類方法評定，包括：發射功率、背景電平、頻率、溫濕度等的波動對系統測試準確度的影響，GJB 2038-1994已給出該方法定值的不確定度不超過±0.5 dB，可以認為其最大不確定度為0.5 dB。假設為正態分布，k=2，則其標準不確定度分量uB=0.5／2=0.25 dB。

3.2 同一條件下重復測試引入的不確定度u1

所有標準物質的u1分量根據6次重復測量數據的算術平均值的標準偏差s計算得到。

3.3 均勻性引入的不確定度分量u2

對于毫米波反射率標準物質的均勻性作以下幾點說明：（1）由于是對每塊標準物質分別定值，因此不存在從一批標準物質中取樣進行均勻性檢驗從而驗證整批標準物質性能是否均勻的問題；（2）在對標準物質進行定值測試和使用時，測試系統的天線發射的電磁波波束是完全覆蓋整個表面，因此不存在整塊標準物質面上不同區域之間性能是否均勻的問題。因此均勻性引入的不確定度分量u2為0［3］。

3.4 時間變化引入的不確定度分量u3

設標準偏差為s，該物質的特性量值的標準值為，測量次數為n。如果物質的穩定性好，在規定的期間內，任一次測量所得該物質的特性量值應有

由于配方完全相同，實驗選擇有代表性的標準物質（分別為-10、-15、-20 dB）對其吸波性能隨時間的變化情況進行考核。在一年時間內每隔2～3個月進行一次測試，每次測量6個觀測值，取其平均值作為該次測試值，一年內共進行6次測試。

方法的標準偏差按GJB 2038-1994的規定為0.5 dB。由表1～表3可知，當α取0.05，n取6時，t0.05(5)=2.57，統計量A均小于臨界值t0.05(5)，因此標準物質是穩定的。表1～表3中給出了不同頻率點一年6次測試數據之間的標準偏差sm，將不同頻率點上該標準偏差的最大值作為該類標準物質穩定性不確定度分量u3。

表1 標稱量值為-10 dB的標準物質隨時間變化的穩定性考核

表2 標稱量值為-15 dB的標準物質隨時間變化的穩定性考核

3.5 溫度變化引入的不確定度分量u4

由于配方完全相同，實驗選擇有代表性的標準物質（分別攜帶-10、-15、-20 dB吸波性能值）對其吸波性能隨溫度的變化情況進行考核。在15～40℃范圍對所選擇的標準物質進行了5個以上溫度點吸波性能測試，每個溫度點進行多次平行測試，取其平均值作為該溫度下的吸波性能，得到不同溫度吸波性能數據及試驗標準偏差。各溫度下吸波性能數據、測試標準偏差見表4～表6。由表4～表6可知，標準物質在15～35℃范圍內吸波性能基本不隨溫度的變化而變化，不同溫度之間測試數據的標準偏差很小，說明在此溫度范圍內是相當穩定的。將不同頻率點上不同溫度測試數據的實驗標準偏差的最大值作為該類標準物質的溫度穩定性不確定度分量u4。

表4 標稱量值為-10 dB的標準物質在不同溫度下的反射率

表5 標稱量值為-15 dB的標準物質在不同溫度下的反射率

表6 標稱量值為-20 dB的標準物質在不同溫度下的反射率

3.6 濕度變化引入的不確定度分量u5

由于配方完全相同，選擇了有代表性的標準物質（分別攜帶-10、-15、-20 dB吸波性能值）對其吸波性能隨濕度的變化情況進行考核。在33%～75%的相對濕度范圍內對所選擇的標準物質進行5個濕度點吸波性能測試，每個濕度下進行多次平行測試，取其平均值作為該溫度下的吸波性能，得到不同濕度吸波性能數據及標準偏差。各濕度下吸波性能數據、標準偏差見表7～表9。

表7 標稱量值為-10 dB的標準物質在不同濕度的反射率

表8 標稱量值為-15 dB的標準物質在不同濕度的反射率

表9 標稱量值為-20 dB的標準物質在不同濕度的反射率

由表7～表9可知，標準物質在所考察的濕度范圍內，吸波性能的變化較小。將該濕度范圍定為該類標準物質的使用濕度范圍，并將測試數據的標準偏差最大值作為該類標準物質濕度穩定性標準不確定度分量u5。

4 合成標準不確定度及擴展不確定度

A類標準不確定度為：

將uA與uB按公式合成，得到合成標準不確定度uc，再按U=2uc計算得到95%置信度的擴展不確定度。各類標準物質的標準值、不確定度分量及合成不確定度計算結果見表10。

5 結語

毫米波反射率標準物質的擴展不確定度U≤1 dB（k=2），滿足技術指標要求，不確定度的影響主要取決于測量系統本身以及標準物質的穩定性，由其它因素引入的不確定度較小。

表10 標準物質的標準值與不確定度

［1］JJF1059-1999 測量不確定度評定與表示［S］.

［2］GJB 2038-1994 雷達吸波材料測量方法［S］.

［3］JJG 1006-1994 一級標準物質技術規范［S］.

EVALUATION OF THE UNCERTAINTY OF MILLIMETER-WAVE REFLECTIVITY STANDARD MATERIAL

Jiang Weiwei，Zhang Yu，Wang Qinghai
(CNGC Institute 53，Jinan 250031，China)

The uncertainty of millimeter-wave reflectivity standard material was evaluated. The source of every uncertainty component was analyzed and evaluated. The expanded uncertainty of millimeter-wave reflectivity standard material wasU≤1 dB (k=2). The results evidenced that the main influence of measurement uncertainty was standard material stability.

uncertainty，reflectivity measurement，standard material

2011-05-08