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)過分析和計(jì)算DME天線距離測(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；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)量方位天線靶標(biāo)的坐標(biāo)及接收天線靶標(biāo)的坐標(biāo)，通過下述方法計(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)，使用距離天線罩（即DME天線）的物理中心來代表距離天線的相位中心，方法示意圖如圖1。

使用全站儀對(duì)天線進(jìn)行位置定標(biāo)，獲得了2組數(shù)據(jù)：距離天線中心（L1，θ11，θ12），接收天線（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

仰角天線到接收天線水平距離

仰角天線和接受天線的垂直高差：

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類不確定度分量有兩種：

1.測(cè)量時(shí)是DME天線罩的幾何中心和接收天線的幾何中心進(jìn)行測(cè)量，但實(shí)際天線相位中心和天線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天線相對(duì)于接收天線相位中心和天線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天線罩及接收天線實(shí)際大小估算得到，DME天線高度不一致引入的不確定度為0.03m，接收天線高度不一致引入的不確定度為0.01m，則：uB1=0.03+0.01=0.04m

DME天線相對(duì)于接收天線相位中心和天線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天線罩及接收天線實(shí)際大小估算得到，DME天線前后不一致引入的不確定度為0.03m，接收天線前后不一致引入的不確定度為0.01m，則：uB2=0.03+0.01=0.04m

DME天線相對(duì)于接收天線相位中心和天線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)于天線的距離遠(yuǎn)大于天線高度，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

通過不確定度合成發(fā)現(xiàn)，DME天線相對(duì)于接收天線相位中心和天線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]基于軟件無線電架構(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