Методы и аппаратура для высокоточного измерения комплексных параметров элементов трактов СВЧ, антенн и радиолокационных объектов

• Автор: Андреев, Игорь Львович
• Шифр специальности: 05.11.08, 05.12.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 306 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. Исследование и разработка алгоритмических

методов коррекции результатов трактовых измерений

1.1 Состояние и задачи развития методов и средств

для измерения комплексных параметров цепей СВЧ.

1.2. Моделирование анализатора цепей СВЧ

1.2.1. Математическое моделирование ошибок

измерения двухполюсников

1.2.2. Математическое моделирование ошибок измерения 8параметров четырехполюсников.

1.3. Разработка алгоритмов коррекции результатов

трактовых измерений

1.3.1.Алгоритмы, инвариантные к характеристикам
исследуемых четырехполюсников.
1.3.2 Адаптированные алгоритмы коррекции для типовых
изделии техники СВЧ.
1.3.2.1. Измерение взаимных согласованных устройств
1.3.2.2. Измерение невзаимных согласованных устройств
1.3.2.3. Измерение четырехполюсников с большим ослаблением.
1.4. Выводы .
ГЛАВА 2. Разработка методов и средств определения
параметров моделей ошибок трактовых измерений
2.1. Разработка методов определения направленности рефлектометров параметра С модели.
2.2. Калибровка ААЦ по трем высокодобротным нагрузкам
2.3. Калибровка ААЦ по согласованной и высокодобротным противофазным нагрузкам.
2.4. Калибровка ААЦ по согласованной нагрузке и короткозамкнутым нагрузкам с разными
электрическими длинами
2.5. Метод калибровки ААЦ с использованием
образцовых четырехполюсников
2.6. Метод калибровки ААЦ с преобразованием
результатов частотных измерений во временную область
2.7. Выводы.
ГЛАВА 3. Разработка методов и средств метрологического
обеспечения трактовых измерений высокой точности
3.1. Анализ погрешностей измерения впараметров.
3.1.1. Оценки погрешностей измерения ККО и ККГ1 анализатором цепей общего применения.
3.1.2. Анализ метрологических характеристик
анализатора цепей со встроенным интеллектом
3.1.2.1. Составляющая погрешности, обусловленная
конечной точностью определения направленности рефлектометров.
3.1.2.2. Составляющая погрешности, обусловленная
конечной точностью определения рассогласования .
3.1.2.3. Случайная составляющая погрешности
3.2. Анализ методических погрешностей ААЦ
при неполном учете влияющих факторов
3.2.1. Оценка точности калибровки ААЦ по
противофазным нагрузкам
3.2.2. Оценка точности калибровки ААЦ по согласованной
нагрузке и нагрузке холостого хода
3.3. Разработка методов и средств метрологической аттестации
аппаратуры для трактовых измерений высокой точности
3.3.1. Выбор и обоснование средств поверки
3.3.2. Основы методики поверки метрологических характеристик ААЦ и оценка ее достоверности .
3.3.3. Вопросы аттестации разработанных средств самопроверки ААЦ
3.4.Выводы .
ГЛАВА 4. Алгоритмические методы повышения точности
векторных измерений в открытом пространстве .
4.1. Анализ особенностей применения ААЦ в технике
измерений объектов в открытом пространстве
4.1.1. Расчет необходимого энергетического потенциала ААЦ
для проведения антенных измерений .
4.1.2. Измерение поляризационных характеристик
излучаемого антенной поля
4.1.3. Измерение входных параметров антенн
4.1.4. Анализ условий проведения измерений
характеристик рассеяния РЛО.
4.2. Разработка алгоритмических методов нейтрализации пространственных помех в задачах измерения характеристик рассеяния радиолокационных объектов .
4.2.1. Коррекция искажений при измерении характеристик
рассеяния РЛО на основе двухполюсной модели ошибок.
4.2.2. Комплексный метод коррекции характеристик
рассеяния на основе обобщенной модели ошибок измерения
4.3. Разработка математического аппарата метода частотновременной коррекции искажений КДН антенн, измеренных
в условиях недостаточной безэховости
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. Экспериментальная разработка базы аппаратурного исследования объектов в экранированных волноводах и открытом пространстве
5.1. Проектирование ААЦ первого поколения.
5.1.1. Разработка концепции построения
5.1.2. Исследование путей построения источника зондирующего сигнала.
5.1.3. Исследование долговременной стабильности
параметров ААЦ
5.1.4. Разработка математического обеспечения АИС .
5.2. Особенности проектирования микропроцессорных ААЦ
с расширенными функциональными возможностями
5.2.1. Разработка структурной схемы
5.2.2. Анализ функциональных возможностей
блока антенных измерений
5.2.3. Анализ надежности системы.
5.2.4. Экспериментальное исследование
метрологических характеристик АИС.
5.3. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


Не были рассмотрены модификации моделей, обусловленные многообразием схем рсфлсктометрических блоков измерителей Бпарамстров. Не выполнен строгий расчет предельной точности трактовых измерений при использовании различных наборов калибровочных устройств, не приведена оценка влияния технических параметров агрегатируемых блоков в ЛИС на ее погрешности. Кроме того, в известных нам публикациях исследуются метрологические задачи в трактах, снабженных униполярным соединителем, или в микрополосковых линиях передачи. Между тем, для отечественной радиоизмерительной техники наиболее актуальна метрология устройств, выполненных на соединителях типа III и типа IX ГОСТ 7. Таким образом, критический анализ состояния научной базы и техники высокоточных трактовых измерений выявляет круг незавершенных задач, решению наиболее актуальных из них посвящены первые три главы диссертации. В этой главе на основе комплексного подхода к анализу погрешностей панорамных трактовых измерений проводится строгое теоретическое обоснование модели ошибок , трактовых измерений путем математического моделирования анализатора цепей общего применения РК4. Устанавливаются аналитические связи между параметрами построенных моделей и реальными характеристиками СВЧ узлов АЦ в виде системы линейных алгебраических уравнений СЛАУ комплексных переменных. На этой основе разрабатываются алгоритмы коррекции первичных результатов трактовых измерений. Теоретические исследования проводятся в предположении линейности преобразования сигналов в каналах АЦ и одномодового режима волн в СВЧтрактах измерительной схемы. Основной объем панорамных трактовых измерений в настоящее время выполняется с помощью РИА, реализующей принцип рефлектометрии с зондированием исследуемого объекта гармоническим сигналом, частота которого периодически изменяется в установленных пределах приборы подгрупп Р2, Р4 ГОСТ 4. Методы и средства измерения параметров цепей, использующие видеоимпульсное зондирование с обработкой результатов методами стробоскопического осциллографирования , или основанные на исследовании поля внутри тракта включения исследуемого объекта с помощью двенадцати полюсного датчика , интенсивно развиваются, но в практику трактовых измерений пока широко не вошли. Панорамные приборы для измерения параметров цепей СВЧ, строятся по двухканальнон схеме ,,,,8, содержащей источник зондирующего сигнала ИЗС, блок делителей мощности, формирующий измерительный и опорный сигналы с помощью рефлекгометрической схемы, и измеритель векторных отношений ИВО, в котором обрабатывается и визуализируется измерительная информация. Каждый из узлов схемы в силу неидеальности своих характеристик в той или иной мере искажает результат измерения. Исследования проблемы повышения точности трактовых измерений в рамках первых двух направлений довольно длительный период находят место в теоретических работах ряда научных школ и дали свои позитивные результаты серийные приборы Р2, РЗ, Р2 однако в настоящее время их потенциальные возможности во многом исчерпаны, поскольку, с одной стороны, многие ошибки эксперимента вызваны конечной точностью механического изготовления СВЧ узлов аппаратуры, не достаточно высоким качеством применяемых покупных радиокомпонентов, СВЧ датчиков и т. КСВ или ослабления ,,. В связи с этим весьма актуальны исследования, направленные на комплексное решение проблем увеличения точности, разрешающей способности, функциональной гибкости РИА, обеспечения полной автоматизации трактовых измерений. Преимущества алгоритмических методов состоят в том, что снижение основных погрешностей в трипять и более раз достигается алгоритмическими преобразованиями опытных данных на основе математического моделирования измерительной системы без ужесточения требований к техническим характеристикам ее СВЧ узлов. При реализации этих методов улучшение метрологических параметров ИС сопровождается усложнением математической обработки результатов измерений, что вполне оправдано при современном уровне развития встроенных вычислительных средств, которые одновременно обеспечивают полную автоматизацию измерительного процесса.