ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С. ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Цель и.
Download ReportTranscript ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С. ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Цель и.
Slide 1
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 2
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 3
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 4
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 5
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 6
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 7
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 8
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 9
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 10
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 11
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 12
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 13
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 14
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 15
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 16
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 17
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 18
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 19
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 20
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 21
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 22
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 23
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 24
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 25
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 26
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 27
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 2
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 3
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 4
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 5
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 6
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 7
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 8
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 9
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 10
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 11
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 12
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 13
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 14
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 15
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 16
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 17
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 18
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 19
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 20
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 21
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 22
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 23
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 24
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 25
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 26
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!
Slide 27
ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ
Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Цель и задачи метрологического обеспечения
АИК
Цель:
обеспечение единства, требуемой точности и достоверности
измерений характеристик антенных систем РЭС.
Задачи:
•установление требований и нормирование метрологических
характеристик АИК, обеспечение единства их измерений;
•разработка методов оценки метрологических и
характеристик АИК, условий выполнения измерений;
технических
•определение номенклатуры технических средств метрологического
обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК;
•проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и
технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК
Объект метрологического обеспечения
Средства измерений
(испытания в целях
утверждения типа
СИ)
Основной НТД
НТД на методы
ПР 50.2.009
МИ3290-2010
ГОСТ Р 8.574-2000
ГОСТ 8.463-82
ГОСТ 8.309-78
ГОСТ Р 8.568-97
ГОСТ Р 50414-92
ГОСТ Р 50011-92
ГОСТ Р 50320-99
ГОСТ Р
50318.16.1.4-2008
ГОСТ РВ 8.563-2009
ГОСТ РВ 8.573-2000
ГОСТ Р 8.596-2002
ГОСТ РВ 8.573-2000
-
Измерительные антенны
Измерительные комплексы
Прочие СИ
Безэховые камеры
Испытательное
оборудование
(аттестация)
Антенные полигоны
Методики
измерений и
документация
(метрологическая
экспертиза и
аттестация)
Методики измерений
Программное
обеспечение
(аттестация и
идентификация ПО)
Измерительные площадки
Методики испытаний
Технические задания
Эксплуатационная документация
Метрологически значимая часть
программного обеспечения АИК
ГОСТ Р 8.654-2009
Программы и
методики
испытаний
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных
систем
Характеристика
Наименование
характеристики
Нормируемые параметры
Главный лепесток:
- направление ГЛ (θ0,φ0);
- ширина ГЛ АДН на уровне S FS(θ0,φ0).
Амплитудная ДН
F ,
Вспомогательные параметры для специальных АДН:
- глубина «нулей» разностной АДН L0(θ,φ);
- угловое положение «нулей» АДН (θ,φ).
Характеристики направленности
(векторная комплексная диаграмма
направленности)
, F , p , exp j ,
Боковые лепестки:
- относительный уровень БЛ æn(θ,φ);
- средний уровень БЛ æср;
- угловое положение БЛ(θn,φn).
Фазовая ДН
,
Поляризационная ДН
p ,
Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция
зависимости фазы поля от пространственных
координат)
Фазовый центр антенны
Поляризационный эллипс:
- коэффициент эллиптичности m;
- угол наклона α;
- начальный угол ориентации ψ0;
- направление вращения (правое, левое).
Коэффициент направленного действия D
Энергетические характеристики
Коэффициент усиления G(θ,φ)
Эффективная изотропно излучаемая мощность GР
Энергетическая добротность G/Т
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Классификация АИК по методам измерений
Антенные измерительные комплексы
на базе компактных полигонов
АИК дальней зоны на
основе БЭК
АИК ближней зоны
Планарное сканирование
Цилиндрическое сканирование
Сферическое сканирование
АИК коллиматорного
типа на основе БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Метрологическое обеспечение испытаний АИК
НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК:
1 ГОСТ 8.463-82 «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки»
2 ГОСТ 8.574-2000 «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии
электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц»
3 ГОСТ 8.191-76 «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств
измерений параметров
поляк излучения
антенных систем
с рабочими размерами
раскрывов от 0,1 до
0,4 м в диапазоне
Подходы
определению
метрологических
характеристик
АИК:
частот 2,5 – 12 ГГц»
4 ГОСТ 8.413-81 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений параметров
поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов
от 0,4 до 0,75 м в
Комплектный
Поэлементный
диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц»
5Определение
ГОСТ 8.414-81 суммарной
«ГСИ. Государственный
специальный
эталон и государственная поверочная схема для средств
погрешности
измерений
Определение
частных
составляющих
измерений
поля излучения
антенных
с рабочими
размерами
раскрывов
от 1,5 до 3,6 мсуммарной
в диапазоне
припараметров
помощи эталонных
антенн,
мер систем
и
погрешности
на
основе
результатов:
частот 2,5 – 40,0 ГГц»
вспомогательных СИ, замыкающихся на:
Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне
Прямых измерений
Косвенных измерений
частот от 0,3 до 178,4 ГГц (ВНИИФТРИ);
Государственный первичный эталон единицы напряженности электрического поля в
диапазоне частот от 0,0003 до 1000 МГц (ВНИИФТРИ);
Военный эталон единицы напряженности электрического поля в диапазоне частот от 30 до
1000 МГц (ГНМЦ)
Использование расчетно-аналитических
Военный эталон единицы импульсного
напряжения
(ГНМЦ) математических
выражений,
зависимостей,
Рабочее место по поверке апертурных антенн
в диапазоне
частот
моделей
формирования
погрешности,
от 0,8 до 40,0 ГГц алгоритмов
(ГНМЦ)
компьютерного моделирования
(а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК
Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в
диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц
ГЭТ 160-00
Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах
в диапазоне частот (0,03 - 18 ГГц) и (5,64 …178,6) ГГц
ВЭ-7
ВЭ-26
Военный эталон единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения в
диапазоне частот
ВЭ-8-03
ВЭ-32
Военный эталон единицы ослабления электромагнитных колебаний
ВЭ-16-03
Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими
электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц
ВЭ-23-03
ВЭ-30-03
Военный эталон единицы комплексного коэффициента отражения волноводных трактов в
диапазоне частот 2,59 – 37,5 ГГц
ВЭ-24
Военный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных трактах
ВЭ-25
Военный эталон единиц времени и частоты
ВЭ-31-97
Военный эталон единицы плоского угла
ВЭ-35
Военный эталон единицы импульсного напряжения
ВЭ-46
Военный эталон единицы длины
ВЭ-52
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Динамика развития средств измерений характеристик антенн
Количество комплексов дальней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов ближней зоны
утвержденного типа СИ военного назначения
Количество комплексов в организациях области обороны и безопасности
около 70 шт.
8 шт.
около 20 шт.
доля современных комплексов
30 %
37 %
90 %
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
10
70
20
Погрешность из-за сферичности
волнового фронта
10
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
60
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ
Требования к условиям измерений
Погрешность КУ измерительных антенн,
используемых в качестве эталонных
Диапазон
Погрешность,
Тип СИ
частот, ГГц
дБ
П6-19
2.59…3.94
±1
П6-18
3.94…5.64
±1
П6-14
8.24…12.05
±1
П6-23А
1…12
± 0.8
П6-23М
0.85…17.44
± 0.8
П6-38
1.5…37.5
± 0.5
Р1…4
8.24…37.5
± 0.5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
рассогласования трактов
10
-
-
Погрешность из-за
переотражений
5
20
10
Погрешность из-за
неравномерности поля
коллиматора
15
50
20
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
50
Инструментальная
погрешность
10
20
10
Другие источники погрешности
5
10
10
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Оценка метрологических характеристик АИК БЗ
Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней
зоне
Типовые значения вклада в суммарную погрешность, %
Составляющая суммарной
погрешности измерений
Измерения КУ
Измерение ДН
Измерение ПХ
Погрешности за счет ограничения
области сканирования
5
5
-
Погрешности за счет дискретизации
10
10
-
Погрешности за счет влияния
переотражений
10
15
15
Погрешности измерений
характеристик зонда
-
10
30
Погрешность КУ эталона
50
-
-
Погрешность из-за
поляризационных потерь
5
-
35
Инструментальная погрешность
15
55
15
Другие источники погрешности
5
5
5
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических
характеристик АИК БЗ
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Измерения энергетических характеристик активных антенных систем
G ПРМ Р ПР G ПР 2
РС
3
4
РШ
Т
k
f
4
R
О
ПРМ
где k - постоянная Больцмана 1,38·10-23 Дж/К;
∆fПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника;
σ - эффективная площадь рассеяния цели;
R - расстояние до цели.
Пассивная ФАР
Активная ФАР
В режиме приема
G/T - энергетическая добротность антенны
В режиме излучения
Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность
G
T
ЭИИМ
РИ
GPРГ
РО
Y 1
k f G P
РО
где Y=(PВКЛ/РВЫКЛ) – отношение
мощностей
на
выходе
испытываемой
антенны
при
включенном
и
выключенном
источнике сигнала; РО – мощность
сигнала, измеренная на выходе
рупора с известным КУ GP.
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Обеспечение единства и точности измерений
нормируемых характеристик антенных систем,
амплитудных и энергетических характеристик
электромагнитных полей при эксплуатации
военных эталонов, рабочих эталонов, мер,
специального оборудования
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Теоретическая оценка основных энергетических
характеристик антенн и антенных систем, расчет их
свойств направленности
Результаты расчетов характеристик излучения
пирамидального рупора, выполненных в среде High Frequency
Structure Simulator (HFSS)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Компьютерное моделирование
электродинамического взаимодействия
излучающих структур, определение степени их
взаимного влияния для решения задач оценки
частных составляющих погрешности измерений
характеристик антенн
Анимационная картина
электродинамического взаимодействия
испытываемой антенны и зонда при
увеличении измерительного расстояния
между ними
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений, обработки
результатов измерений нормируемых
пространственных и энергетических
характеристик антенн, а также методик оценки
точностных показателей антенных
измерительных комплексов
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
26,5
3,0
2,5
25,5
25,0
2,0
24,5
1,5
24,0
23,5
1,0
23,0
22,5
13,0
Частота, ГГц
13,5
14,0
14,5
0,11Rмин - измерения
0,3Rмин - измерения
0,22Rмин - измерения с поправкой
0,11Rмин - поправка
0,3Rмин - поправка
15,0
15,5
0,5
16,0
Поправочный коэффициент, дБ
Коэффициент усиления,
дБ
26,0
Проведение исследований по
изысканию путей уменьшения
погрешности измерений
характеристик антенн.
Разработка математических
моделей погрешности
измерений характеристик
антенн, программных
продуктов по оценке их
числовых значений
0,22Rмин - измерения
0,11Rмин - измерения с поправкой
0,3Rмин - измерения с поправкой
0,22Rмин - поправка
Реализация метода уменьшения погрешности
измерений КУ за счет учета поправочных
Применение метода параметрической фильтрации
коэффициентов
при обработке амплитудного распределения в ближней
зоне
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик измерений и обработки
результатов измерений характеристик
радиолокационной заметности объектов, а также
их аттестация
Радиолокационное изображение двух целей,
отстоящих друг от друга на 1см, полученное при
помощи обратного преобразования Радона
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Основные направления исследований Главного центра в области
антенных измерений
Разработка методик экспериментальной оценки
характеристик безэховости камер, измерений
ослабления на трассах распространения радиоволн.
Теоретическая оценка значений коэффициента
безэховости при проектировании БЭК
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Методы измерений коэффициента безэховости БЭК
Коэффициентом безэховости называется отношение потока
мощности, рассеянного камерой, к потоку мощности,
пришедшему от излучателя, в рабочей зоне БК
К Б 10 lg
PРАС
PПАД
Методы
измерений
непосредственного измерения
рассеянной мощности
наложения диаграмм
направленности приемной антенны
двух приемных антенн
измерений амплитудно-фазового
распределения в рабочей зоне
перемещающегося индикатора
генератора качающейся частоты
(свип-генератора)
измерений «кажущейся» ЭПР БК
импульсных измерений
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Широкополосный импульсный метод
Требование к длительности СШП импульса для
реализации метода импульсного зондирования
в диапазоне частот fн < f < fв
сшп
При использовании абсолютно изотропной тестовой
антенны коэффициент безэховости, измеренный во
временной области, определяется по формуле
1
( 2 ... 4 ) ( f в f н )
S i _ БЭК ( )
2
K Б ( ) max[ ;
Схема измерений
sизл(t)
Sизл(j)
sпр(t, )
Sпр(j, )
θ
φ
Формирователь
(генератор СШП импульсов)
Стробоскопический приемник
S ПР ( )
2
]
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Результаты измерений во временной (слева) и их представление в
частотной (справа) области
Прямой
сигнал
wsignal
n_wmod_sp
Отраженный
сигнал
n_wmod_sp
wsignal
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Аттестация и идентификация ПО
ГОСТ Р 8.564-2009 «Требования к программному обеспечению средств
измерений»
(дата введения 01.01.2010 г.)
Распространяется на СИ, АИК, информационно-измерительные системы, контроллеры и
вычислительные блоки, выполняющие измерительные функции
Аттестация ПО – определение свойств и характеристик ПО, его идентификационных
данных, с целью оценки степени влияния ПО на метрологические
характеристики СИ.
Идентификация ПО – проверка и подтверждение подлинности и целостности
ПО, выраженное в символах, однозначно связанное с ПО (на этапе ИЦУТ СИ)
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Общее состояние системы метрологического
обеспечения антенных измерений
1 Нормативная база в области измерений характеристик
антенн и антенных измерительных комплексов требует
переработки и дополнения.
2 Традиционные методы измерений не обеспечивают
требуемой достоверности контроля параметров
современных антенных систем.
3 Отсутствует координация и организация развития
метрологического обеспечения антенных измерений (не
считая измерительных антенн).
ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России
Благодарю за внимание!