發(fā)射機(jī)測(cè)量不確定度評(píng)定

徐宗航，涂中保

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，揚(yáng)州 225000）

發(fā)射機(jī)測(cè)量不確定度評(píng)定

徐宗航，涂中保

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，揚(yáng)州 225000）

本文主要介紹了依據(jù)GB 12182-1990《空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá) 通用技術(shù)條件》對(duì)空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射頻率和發(fā)射端口輸出脈沖功率進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果開(kāi)展不確定度評(píng)定。

發(fā)射頻率；脈沖功率；不確定度評(píng)定

概述

空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)發(fā)射中心頻率1 030 MHz，規(guī)定的頻率容差為±0.2 MHz。發(fā)射機(jī)輸出脈沖功率65 dBm±1dB。測(cè)量設(shè)計(jì)值，并對(duì)其測(cè)量結(jié)果開(kāi)展不確定度評(píng)定。

1 測(cè)量原理和數(shù)學(xué)模型

由于測(cè)量的頻率是一個(gè)已知的量，其容差又是一個(gè)限定量。而該頻率對(duì)應(yīng)的輸出脈沖功率必須是大于設(shè)計(jì)值，根據(jù)其特定樣品和規(guī)定的試驗(yàn)方法（GB 12182-90[1]中的第6.3.2試驗(yàn)方法，6.3.2.1發(fā)射中心頻率和6.3.2.3發(fā)射脈沖峰值功率）標(biāo)準(zhǔn)第6.3.1試驗(yàn)方框圖：發(fā)射分系統(tǒng)試驗(yàn)方框圖見(jiàn)圖1。

測(cè)量的數(shù)學(xué)模型為：

u(f)—頻率測(cè)量誤差

f0—參考頻率

fx—測(cè)量頻率

測(cè)量功率的數(shù)學(xué)模型為：

u(p)—功率測(cè)量誤差p0—功率參考值

px—功率測(cè)量值

2 測(cè)量不確定度的評(píng)定

2.1 頻率的測(cè)量不確定度分析

圖1 發(fā)射分系統(tǒng)試驗(yàn)方框圖

測(cè)量?jī)x器使用基礎(chǔ)型頻譜分析儀（型號(hào)N9344C），頻率范圍為9 KHz～3.0 GHz。掃描時(shí)間（＜3 GHz）為4 ms～4 000 s。分頻率帶寬100 Hz～5 MHz。相位噪聲10 KHz為-93 dBc/Hz+20 lgN。測(cè)量范圍為-130 dBm至+30 dBm。測(cè)量精度：頻率精度±101 Hz，掃寬精度±0.5 %，幅度精度1.1 dB。

頻譜儀進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)由其內(nèi)部頻率基準(zhǔn)（晶體振蕩）的頻率穩(wěn)定度、鎖頻鎖相環(huán)路、測(cè)量時(shí)選用的分頻。頻率基準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度±1×10-8（考慮電源變化和溫度變化），鎖頻鎖相環(huán)路的頻率穩(wěn)定度±1×10-6，相位噪聲增加（20 lgN），測(cè)量精度為3δ（δ—測(cè)量時(shí)選用分辨率帶寬），構(gòu)成了頻率測(cè)量的不確定度。

2.1.1 頻率的測(cè)量不確定度評(píng)定

頻譜儀進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)，由于相位噪聲而引起的不確定度分量和測(cè)量精度引入的不確定度，設(shè)均為均勻分布，取

1）由于相位噪聲而引起的不確定度

使用N9344C頻譜儀，在偏離中心頻率10 KHz處的相位噪聲為-85 dBc/Hz。

2）由于頻譜儀分辨率帶寬而引起的不確定度

頻譜儀分辨率帶寬是在頻率測(cè)量范圍可以在100 Hz～5 MHz范圍內(nèi)選取，根據(jù)測(cè)量頻率范圍和要求的容差，是1 030 MHz和±0.2 MHz，為了保證測(cè)量成功，測(cè)量起始點(diǎn)設(shè)置，測(cè)量頻率的停止點(diǎn)設(shè)置，參考中心頻率為1 030 MHz，分辨率帶寬設(shè)置為1 KHz，確保測(cè)量精度高于標(biāo)準(zhǔn)容差的2個(gè)數(shù)量級(jí)。

當(dāng)測(cè)量1 030 MHz頻率時(shí)測(cè)量精度為3δ（δ為分辨率帶寬）：

3）B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4）頻率測(cè)量A類不確定度評(píng)定：

用N9344C頻譜儀測(cè)量空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射機(jī)頻率，進(jìn)行N=10次采樣測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下：

f011 030.029 MHz f061 030.000 0 MHz

f021 030.097 MHz f071 030.000 0 MHz

f031 030.097 MHz f081 030.000 0 MHz

f041 030.097 MHz f091 030.000 0 MHz

f051 030.000 MHz f061 030.000 0 MHz

以算術(shù)平均值的測(cè)量結(jié)果，所以用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)計(jì)算得到的平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

所以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差就定為A類不確定度評(píng)定結(jié)果：

自由度 VA=n?1 =9

5）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

有效自由度：

2.1.2 擴(kuò)展不確定度U

此次測(cè)量結(jié)果遵守正態(tài)分布的概率，當(dāng)P=0.95時(shí)，k= 2。

2.2 功率測(cè)量的不確定度分析

對(duì)空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖功率的測(cè)量依據(jù)測(cè)量方框圖進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量原理是將發(fā)射機(jī)輸出的脈沖大功率能量通過(guò)定向耦合器耦合很小部分功率進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量方法涉及到儀器和系統(tǒng)連接關(guān)系。

2.2.1 功率測(cè)量不確定度的評(píng)定

測(cè)量不確定度的來(lái)源：

①二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射機(jī)端口至定向耦合器輸入端口的連結(jié)電纜的插入損耗引入的幅度響應(yīng)和電壓駐波系數(shù)引入測(cè)量不確定度分量。

②定向耦合器輸入端口至輸出端口（負(fù)載的輸入端口）的電壓駐波系數(shù)引入的不確定度分量。

③定向耦合器耦合端口至測(cè)量?jī)x器的輸入端口的插入損耗和電壓駐波系數(shù)引入的不確定度分量。

④測(cè)量?jī)x器誤差（±0.02 dB）（N1911A功率計(jì)）

1） 發(fā)射機(jī)輸出電纜插入損耗引入不確定度

電纜損耗頻率響應(yīng)的平坦度為0.3 dB。

2） 定向耦合器輸入端口至負(fù)載輸入端口的電壓駐波比設(shè)為1.3，引入的失配損耗。[2]

因?yàn)闇y(cè)量的功率，所以功率失配的影響是電壓的2倍，所以功率測(cè)量引入的不確定度

3） 定向耦合器耦合端口至測(cè)量?jī)x器輸入端口的插入損耗使頻率響應(yīng)平坦度的影響引入的不確定度。

4） 定向耦合器耦合端口至測(cè)量?jī)x器輸入端口的電壓駐波比引入的失配損耗。（注：與本文（2）條相同）

5）測(cè)量?jī)x器用頻譜儀時(shí)測(cè)量精度引入的不確定度

功率計(jì)測(cè)量精度為±0.02 dB。

6）B類不確定度

7）A類不確定度評(píng)定

用N1911A功率計(jì)測(cè)量空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射機(jī)的脈沖峰值功率，進(jìn)行N=10次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下：當(dāng)f0=1 030時(shí)

測(cè)量次數(shù)n=10時(shí)，其測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值 為

測(cè)量次數(shù)n=10時(shí)，其測(cè)量結(jié)果的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差為：

以算術(shù)平均值為測(cè)量結(jié)果，所以用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到的平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

自由度VA=10-1=9

8）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.2.2 擴(kuò)展不確定度U

當(dāng)測(cè)量遵守正態(tài)分布概率時(shí)

[1] GB/T 12182-1990空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá) 通用技術(shù)條件[S].

[2]甘本祓,吳萬(wàn)春. 現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社, 1973-1974.

Uncertainty Evaluation of Transmitter Measurement

XU Zong-hang, TU Zhong-bao
(No.723 Research Institute of CSIC, Yangzhou 225000)

This paper evaluated transmitting frequency and pulse power in transmitting port of secondary surveillance radar transmitter based on the GB 12182-90 General specification of secondary surveillance radar for air traffic control, and made some assessments of its uncertainty.

transmitting frequency; pulse; uncertainty

O441.5

A

1004-7204（2017）05-0065-04

徐宗航，畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)，本科學(xué)歷。