Способ определения относительной погрешности измерения эталона Российский патент 2018 года по МПК G01R29/10 

Изобретение относится к радиолокационной технике. Преимущественная область применения увеличения точности калибровки установок, предназначенных для измерения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) радиолокационных целей.

Известен метод определения характеристик микроволновых камер [1]. Погрешность измерения цели в микроволновой камере определяют методом сопоставления нескольких диаграмм ЭПР, измеренных при ее дискретном смещении на опоре в пределах полуволны. За максимальную относительную погрешность измерения цели при одинаковых углах наблюдения принимают максимальное расхождение значений ЭПР в диаграммах. Метод оценки погрешностей трудоемок.

Общие признаки прототипа и изобретения - облучение цели (эталона) и местных предметов полем и определение максимальной относительной погрешности измерения ЭПР цели (эталона).

Известен способ измерения относительной погрешности радиолокационных целей при наличии фона, который принят за прототип [2]. При измерении ЭПР цели (эталона) на полевых установках первичным полем облучают ее опору и местные предметы, отражение от которых создают фоновые помехи, приводящие к погрешностям измерения. Способ измерения погрешностей состоит в том, что многократно измеряют сигнал, отраженный от цели (эталона), определяют его математическое ожидание, которое принимают за истинное значение сигнала цели (эталона). Относительную погрешность измерения цели определяют как разность между разовым измерением сигнала цели (эталона) и его математическим ожиданием, деленную на математическое ожидание. Такой способ измерения трудоемок, т.к. требует многократного измерения сигнала цели (эталона).

Общие признаки прототипа и изобретения - облучение эталона и местных предметов полем и определение относительной погрешности измерения эталона.

Технический результат изобретения - уменьшение трудоемкости определения максимальной относительной погрешности измерения эталона.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 показаны пути распространения первичного поля, облучающего эталон, вторичного поля излучения эталона в направлении антенны, вторичного излучения поля эталона, распространяющегося по нормали к поверхности земли, его отражения от поверхности земли, облучение эталона отраженным от земли полем и ретрансляция его эталоном в направлении приемно-передающей антенны.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - направление распространения первичного поля облучающего эталон (показано сплошной линией со стрелкой в направлении эталона).

2 - путь распространения отраженного от эталона падающего поля в направлении антенны (показано сплошной линией со стрелкой в направлении антенны).

3 - путь распространения вторичного поля излучения эталона в направлении поверхности земли (показан штриховой линией со стрелкой в направлении поверхности земли).

4 - путь распространения поля, отраженного от поверхности земли в направлении эталона (показан штрих-пунктирной линией со стрелкой в направлении эталона).

5 - путь распространения поля в направлении антенны, которое отражено от поверхности земли и ретранслировано эталоном (обозначен точечной линией со стрелкой в направлении антенны).

Способ определения относительной погрешности измерения эталона, выполненного в виде металлического шара радиусом r и размещенного на расстоянии R над поверхностью земли, состоит в том, что облучают эталон первичным полем приемно-передающей антенны, одновременно измеряют мощность поля обратного отражения эталона и поля его вторичного излучения в направлении нормали к поверхности земли, поле, отраженное от поверхности земли, ретранслируют с помощью эталона в направлении приемно-передающей антенны, при этом максимальную относительную погрешность измерения эталона (δσ_э)_max определяют по формуле:

где N - количество длин волн λ поля в длине расстояния R при условии N>>R/λ,

n - количество длин волн λ поля в длине радиуса r при условии n>1.

Теоретические предпосылки изобретения

Относительная мощность помехи, создаваемая отражением от поверхности земли, равна:

В формуле (2) приняты следующие обозначения:

Р_зэА - мощность поля вторичного излучения эталона, отраженная от поверхности земли и ретранслируемая эталоном в направлении антенны,

σ_э - ЭПР эталона, равная πr², где r - радиус эталона [2],

Р_э - мощность поля, отраженного эталоном в обратном направлении, равна К⋅σ_э, где К - коэффициент пропорциональности,

S_эд - геометрическая площадь диаметрального сечения эталона, равная πr²,

σ_эд - ЭПР металлической пластины площадью S_эд, равной 4π³r⁴/λ² [2],

S_з - площадь поверхности земли, облучаемая вторичным полем эталона, равна:

π⋅h²=π⋅(R⋅tgϑ)²=π⋅[R⋅tg(λ/2d)]²,

где X - длина волны поля,

R - расстояние от эталона до поверхности земли,

ϑ - половина угловой ширины диаграммы направленности апертуры эталона как вторичного излучателя, которая равна λ/2d [3],

d - диаметр первой зоны Френеля,

Р_эз - мощность поля вторичного излучения эталона в направлении перпендикуляра к земле, равная Р_э [4],

W_З - плотность потока мощности поля на поверхности земли, равная W_З=P_эз/S_З,

Р_эз - мощность поля, отраженного от поверхности земли, облучающая эталон и равная W_З⋅S_эд,

h - радиус участка поверхности земли, который облучается вторичным полем эталона, равен R⋅tgϑ,

d - диаметр первой зоны Френеля эталона, равный √(2r-λ/4)⋅λ/4 [5],

Q - площадь первой зоны Френеля, равная π(2r-λ/4)⋅λ/4,

S_эд - геометрическая площадь диаметрального сечения эталона.

Подставим в правую часть формулы (2) величины: h, R, r, tgϑ, λ, и d, при этом величины r и R выразим через длину волны λ; r=n⋅λ; R=N⋅λ,, где n>1 и N>>R/λ.

После преобразования формулы (2) получим формулу для расчета относительной погрешности измерения эталона δσ_э:

где ϕ - разность фаз на апертуре приемно-передающей антенны отраженного первичного поля эталона и поля отраженного от поверхности земли и ретранслированного эталоном [1].

При значениях ϕ равных 0 и кратных π, относительная погрешность измерения ЭПР эталона (δσ_э)_max максимальна и равна:

Расчет максимальной относительной погрешности измерения эталона:

Зададим величинам λ, r и R значения: λ=0,1 м; r=2λ и R=300λ. Подставим значения λ, r и R в формулу (4) и рассчитаем максимальную относительную погрешность измерения эталона, которая равна 0,013 (1,3%).

Отличительные признаки изобретения

Одновременно измеряют мощность поля вторичного излучения эталона в направлении нормали к поверхности земли, поле, отраженное от поверхности земли, ретранслируют с помощью эталона в направлении приемно-передающей антенны, при этом максимальную относительную погрешность измерения эталона (δσ_э)_max определяют по формуле:

(δσ_э)_max=±2/N⋅tg(2n-1/4)+1/N²⋅tg²(2n-1/4),

где N - количество длин волн λ поля в длине расстояния R при условии N>>R,

n - количество длин волн λ поля в длине радиуса r при условии n>1.

Литература.

1. Е.Ф. Бакли. Метод определения характеристик микроволновых камер. Microwave J/ 1965, v. 6, No/8, pp. 69-75.

2. Майзельс E.H., Торгованов В.А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей, стр. 190, 191 и 218. М., Советское радио, 1972, 1957.

4. Кинг Р., У Тай-Цзунь. Рассеяние и дифракция электромагнитных волн, фиг. 68в. ИИЛ, М., 1962.

5. Теоретические основы радиолокации (стр. 42-44). Под ред. Ширмана Я.Д. М., Советское радио, 1970.

Способ определения относительной погрешности измерения эталона, выполненного в виде металлического шара радиусом r и расположенного на расстоянии R над поверхностью земли, который состоит в том, что облучают эталон первичным полем приемно-передающей антенны, одновременно измеряют мощность поля обратного отражения эталона и поля его вторичного излучения в направлении нормали к поверхности земли, поле, отраженное от поверхности земли, ретранслируют с помощью эталона в направлении приемно-передающей антенны, при этом максимальную относительную погрешность измерения эталона (δσ_э)_max определяют по формуле: (δσ_э)_max=±2/N⋅tg(2n-1/4)+1/N²⋅tg²(2n-1/4), где N - количество длин волн λ поля в длине расстояния R при условии N>>R/λ, n - количество длин волн λ поля в длине радиуса r при условии n>1. Технический результат изобретения - уменьшение трудоемкости определения максимальной относительной погрешности измерения эталона. 1 ил.

Способ определения относительной погрешности измерения эталона, выполненного в виде металлического шара радиусом r и расположенного на расстоянии R над поверхностью земли, состоящий в том, что облучают эталон первичным полем приемно-передающей антенны, одновременно измеряют мощность поля обратного отражения эталона и поля его вторичного излучения в направлении нормали к поверхности земли, поле, отраженное от поверхности земли, ретранслируют с помощью эталона в направлении приемно-передающей антенны, при этом максимальную относительную погрешность измерения эталона (δσ_э)_max определяют по формуле:

(δσ_э)_max=±2/N⋅tg(2n-1/4)+1/N²⋅tg²(2n-1/4),

где N - количество длин волн λ поля в длине расстояния R при условии N>>R/λ,

n - количество длин волн λ поля в длине радиуса r при условии n>1.