程翊昕

陜西西安中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

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

程翊昕

陜西西安中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所

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

天線；距離；不確定度

引言

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

在實(shí)際工程中，我們使用全站儀測量方位天線靶標(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量，獲得平均值。

-2147483648.測量方法

測量距離時(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類不確定度的評定

在距離連續(xù)測量10次得到一組測量結(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類不確定度的評定

位置基準(zhǔn)測量中，會(huì)被引入的B類不確定度分量有兩種：

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

實(shí)際測量時(shí)單次測量距離以及計(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)算測量不確定度分量。

DME天線相對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L1和L2。

由于全站儀相對于天線的距離遠(yuǎn)大于天線高度，為簡化計(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)，角度測量的最大允許誤差為0.0003°，實(shí)際測量時(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測量結(jié)果影響最大，實(shí)際測試中應(yīng)盡量減小該不確定度分量，以保證距離測量準(zhǔn)確度。

[1]蒙特卡羅法在復(fù)雜模型測量不確定度評定中的應(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通用測試模型與不確定度分析電子測量技術(shù)姚國英、孫路平

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