M LS地面設(shè)備檢驗(yàn)平臺(tái)距離測(cè)量的不確定度分析

程翊昕

陜西西安中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

M LS地面設(shè)備檢驗(yàn)平臺(tái)距離測(cè)量的不確定度分析

程翊昕

陜西西安中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

本文基于全站儀距離測(cè)量的原理，建立了相關(guān)不確定度分析和評(píng)定的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算DME天線(xiàn)距離測(cè)量的各個(gè)不確定度分量，得出了MLS地面設(shè)備距離測(cè)量的不確定度。

天線(xiàn)；距離；不確定度

引言

MLS地面設(shè)備檢驗(yàn)平臺(tái)需要測(cè)量接收/發(fā)射天線(xiàn)相對(duì)于被測(cè)設(shè)備的MLS的距離數(shù)值。用這個(gè)數(shù)值與距離測(cè)量單元測(cè)得的真值比較后，可得出MLS的地面設(shè)備誤差。所以，有必要對(duì)MLS地面設(shè)備檢驗(yàn)平臺(tái)的距離進(jìn)行測(cè)量。

在實(shí)際工程中，我們使用全站儀測(cè)量方位天線(xiàn)靶標(biāo)的坐標(biāo)及接收天線(xiàn)靶標(biāo)的坐標(biāo)，通過(guò)下述方法計(jì)算得到距離度值，為保證精度可多次測(cè)量，獲得平均值。

-2147483648.測(cè)量方法

測(cè)量距離時(shí)，使用距離天線(xiàn)罩（即DME天線(xiàn)）的物理中心來(lái)代表距離天線(xiàn)的相位中心，方法示意圖如圖1。

使用全站儀對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行位置定標(biāo)，獲得了2組數(shù)據(jù)：距離天線(xiàn)中心（L1，θ11，θ12），接收天線(xiàn)（L2，θ21，θ22）。將其分解到同一水平面上，如圖2所示：

圖1 .距離測(cè)量示意圖

圖2 .距離數(shù)據(jù)詳細(xì)分解圖

如圖，其中：

l1=L1*cosθ11

H1=L1*sinθ11

l2=L2*cosθ21

H2=L2*sinθ21

仰角天線(xiàn)到接收天線(xiàn)水平距離

仰角天線(xiàn)和接受天線(xiàn)的垂直高差：

H=H2-H1（H2>H1）

得到DME距離：

-2147483648.計(jì)算各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

A類(lèi)不確定度的評(píng)定

在距離連續(xù)測(cè)量10次得到一組測(cè)量結(jié)果如下：

338.7517 m，338.7525m,338.7527m，338.7523m，338.7519m，

338.7530 m，338.7512m，338.7521m，338.7520m，338.7523m，計(jì)算出算術(shù)平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s(xˉ)=0.00017m,標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA=xˉ=0.00017m

B類(lèi)不確定度的評(píng)定

位置基準(zhǔn)測(cè)量中，會(huì)被引入的B類(lèi)不確定度分量有兩種：

1.測(cè)量時(shí)是DME天線(xiàn)罩的幾何中心和接收天線(xiàn)的幾何中心進(jìn)行測(cè)量，但實(shí)際天線(xiàn)相位中心和天線(xiàn)罩物理中心不在同一點(diǎn)而引入的不確定度分量，可分為高度不一致，前后不一致，和左右不一致引入的三個(gè)分量；

2.全站儀測(cè)量不準(zhǔn)引入的不確定度分量，可分為距離測(cè)量不準(zhǔn)、方位角測(cè)量不準(zhǔn)和仰角測(cè)量不準(zhǔn)三個(gè)分量；

實(shí)際測(cè)量時(shí)單次測(cè)量距離以及計(jì)算得出的數(shù)據(jù)為：

xˉ=338.7522m，根據(jù)公式s(xˉ)=

L1θ12θ11L2θ22θ21θ22-θ12194.391m 28.189°0.14°159.443m 174.447°0.519°2.55139 l1H1l2H2l3HL3194.3904m 0.474986m 159.4365m 1.444256m 338.750306m0.96927m 338.75169m

根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)量不確定度分量。

DME天線(xiàn)相對(duì)于接收天線(xiàn)相位中心和天線(xiàn)罩物理中心高度不一致引入的不確定度分量

該分量在DME距離計(jì)算表達(dá)式中影響變量為H，則：

根據(jù)DME天線(xiàn)罩及接收天線(xiàn)實(shí)際大小估算得到，DME天線(xiàn)高度不一致引入的不確定度為0.03m，接收天線(xiàn)高度不一致引入的不確定度為0.01m，則：uB1=0.03+0.01=0.04m

DME天線(xiàn)相對(duì)于接收天線(xiàn)相位中心和天線(xiàn)罩物理中心前后不一致引入的不確定度分量

該分量在DME距離計(jì)算表達(dá)式中影響變量為l3，，根據(jù)DME天線(xiàn)罩及接收天線(xiàn)實(shí)際大小估算得到，DME天線(xiàn)前后不一致引入的不確定度為0.03m，接收天線(xiàn)前后不一致引入的不確定度為0.01m，則：uB2=0.03+0.01=0.04m

DME天線(xiàn)相對(duì)于接收天線(xiàn)相位中心和天線(xiàn)罩物理中心左右不一致引入的不確定度分量

全站儀距離測(cè)量不準(zhǔn)引入的不確定度分量

該分量在DME距離計(jì)算表達(dá)式中影響變量為L(zhǎng)1和L2。

由于全站儀相對(duì)于天線(xiàn)的距離遠(yuǎn)大于天線(xiàn)高度，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將該分量在DME距離計(jì)算表達(dá)式中影響變量視為l1和l2，則：

根據(jù)全站儀技術(shù)指標(biāo)，距離測(cè)量最大允許誤差為0.01m+距離×10-5，以200m計(jì)算得

全站儀方位角測(cè)量不準(zhǔn)引入的不確定度分量

根據(jù)全站儀技術(shù)指標(biāo)，角度測(cè)量的最大允許誤差為0.0003°，實(shí)際測(cè)量時(shí)距離小于200 m，換算為距離誤差為200 m，200m×tan0.0003°=0.001m，遠(yuǎn)小于天線(xiàn)中心不一致引入的不確定度分量，可忽略不計(jì)。

全站儀仰角測(cè)量不準(zhǔn)引入的不確定度分量

該分量與2.2.5一樣，可忽略不計(jì)。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由DME距離計(jì)算式可得：

計(jì)算得出：uc=0.046m

擴(kuò)展不確定度

取k=2，則U=0.092m。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)不確定度合成發(fā)現(xiàn)，DME天線(xiàn)相對(duì)于接收天線(xiàn)相位中心和天線(xiàn)罩物理中心前后不一致引入的不確定度分量對(duì)測(cè)量結(jié)果影響最大，實(shí)際測(cè)試中應(yīng)盡量減小該不確定度分量，以保證距離測(cè)量準(zhǔn)確度。

[1]蒙特卡羅法在復(fù)雜模型測(cè)量不確定度評(píng)定中的應(yīng)用儀器儀表學(xué)報(bào)王偉、宋明順

[2]基于軟件無(wú)線(xiàn)電架構(gòu)的ENM通用測(cè)試模型與不確定度分析電子測(cè)量技術(shù)姚國(guó)英、孫路平

[3]基于量值特性的ATS動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度評(píng)定國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)薛慶文、孫中權(quán)、張華鋒