МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко. - презентация

1 МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ФГКУ «Главный научный метрологический центр» Минобороны России Малай И.М., Озеров М.А., Титаренко А.В., Шкуркин М.С.

2 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 технических характеристик АИК, условий выполнения измерений; определение номенклатуры технических средств метрологического обеспечения (эталоны, средства измерений, меры) АИК; проведение метрологической экспертизы эксплуатационной и технической документации АИК, алгоритмов их функционирования.

3 Объект метрологического обеспеченияОсновной НТДНТД на методы Средства измерений (испытания в целях утверждения типа СИ) Измерительные антенны ПР МИ ГОСТ Р ГОСТ ГОСТ Измерительные комплексы Прочие СИ Испытательное оборудование (аттестация) Безэховые камеры ГОСТ Р ГОСТ Р ГОСТ Р ГОСТ Р ГОСТ Р Антенные полигоны Измерительные площадки Методики измерений и документация (метрологическая экспертиза и аттестация) Методики измерений ГОСТ РВ ГОСТ РВ ГОСТ Р ГОСТ РВ Методики испытаний Технические задания Эксплуатационная документация Программное обеспечение (аттестация и идентификация ПО) Метрологически значимая часть программного обеспечения АИК ГОСТ Р Программы и методики испытаний ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Объекты метрологического обеспечения при испытаниях АИК

4 Основные нормируемые радиотехнические характеристики антенных систем ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России ХарактеристикаНаименование характеристики Нормируемые параметры Характеристики направленности (векторная комплексная диаграмма направленности) Амплитудная ДН Главный лепесток: - направление ГЛ (θ 0,φ 0 ); - ширина ГЛ АДН на уровне S F S (θ 0,φ 0 ). Боковые лепестки: - относительный уровень БЛ æ n (θ,φ); - средний уровень БЛ æ ср ; - угловое положение БЛ(θ n,φ n ). Вспомогательные параметры для специальных АДН: - глубина « нулей » разностной АДН L 0 (θ,φ); - угловое положение « нулей » АДН (θ,φ). Фазовая ДН Фазовая картина поля (собственно ФДН как функция зависимости фазы поля от пространственных координат) Фазовый центр антенны Поляризационная ДН Поляризационный эллипс: - коэффициент эллиптичности m; - угол наклона α; - начальный угол ориентации ψ 0 ; - направление вращения (правое, левое). Энергетические характеристики Коэффициент направленного действия D Коэффициент усиления G(θ,φ) Эффективная изотропно излучаемая мощность GР Энергетическая добротность G/Т

5 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 АИК коллиматорного типа на основе БЭК Планарное сканирование Цилиндрическое сканирование Сферическое сканирование

6 ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Метрологическое обеспечение испытаний АИК НТД, регламентирующие средства и методы оценки МХ и ТХ АИК: 1 ГОСТ «Антенны и комплексы аппаратуры измерительные. Методы и средства поверки» 2 ГОСТ «Государственная поверочная схема для средств измерений плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот от 0,3 до 178,4 ГГц» 3 ГОСТ «ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений параметров поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов от 0,1 до 0,4 м в диапазоне частот 2,5 – 12 ГГц» 4 ГОСТ «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 диапазоне частот 8,2 – 40,0 ГГц» 5 ГОСТ «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений параметров поля излучения антенных систем с рабочими размерами раскрывов от 1,5 до 3,6 м в диапазоне частот 2,5 – 40,0 ГГц» Подходы к определению метрологических характеристик АИК: КомплектныйПоэлементный Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии ЭМП в диапазоне 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) Военный эталон единицы импульсного напряжения (ГНМЦ) Рабочее место по поверке апертурных антенн в диапазоне частот от 0,8 до 40,0 ГГц (ГНМЦ) (а также военные эталоны единиц физических величин: ККО, ККП, мощности ЭМК, частоты и др.) Определение суммарной погрешности измерений при помощи эталонных антенн, мер и вспомогательных СИ, замыкающихся на: Определение частных составляющих суммарной погрешности на основе результатов: Прямых измеренийКосвенных измерений Использование расчетно-аналитических выражений, зависимостей, математических моделей формирования погрешности, алгоритмов компьютерного моделирования

7 Первичные эталоны метрологического обеспечения АИК ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Государственный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот от 0.3 до 178 ГГц ГЭТ Военный эталон единицы мощности электромагнитных колебаний в волноводных трактах в диапазоне частот (0, 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 колебанийВЭ Военные эталоны единицы угла фазового сдвига между двумя гармоническими электрическими напряжениями в диапазоне частот 0,01 Гц до 17,85 ГГц ВЭ ВЭ 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 трактахВЭ-25 Военный эталон единиц времени и частотыВЭ Военный эталон единицы плоского углаВЭ-35 Военный эталон единицы импульсного напряженияВЭ-46 Военный эталон единицы длиныВЭ-52

8 Динамика развития средств измерений характеристик антенн ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Количество комплексов ближней зоны утвержденного типа СИ военного назначения Количество комплексов дальней 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 %

9 Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в дальней зоне Составляющая суммарной погрешности измерений Типовые значения вклада в суммарную погрешность, % Измерения КУИзмерение ДНИзмерение ПХ Погрешность КУ эталона 50-- Погрешность из-за рассогласования трактов 10-- Погрешность из-за переотражений Погрешность из-за сферичности волнового фронта 10-- Погрешность из-за поляризационных потерь 5-60 Инструментальная погрешность Другие источники погрешности 510

10 Оценка метрологических характеристик АИК ДЗ ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России

11 Оценка метрологических характеристик АИК коллиматорного типа ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в поле коллиматора Составляющая суммарной погрешности измерений Типовые значения вклада в суммарную погрешность, % Измерения КУИзмерение ДНИзмерение ПХ Погрешность КУ эталона 50-- Погрешность из-за рассогласования трактов 10-- Погрешность из-за переотражений Погрешность из-за неравномерности поля коллиматора Погрешность из-за поляризационных потерь 5-50 Инструментальная погрешность Другие источники погрешности 510

12 Оценка метрологических характеристик АИК БЗ ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Поэлементный подход к оценке погрешностей измерений в ближней зоне Составляющая суммарной погрешности измерений Типовые значения вклада в суммарную погрешность, % Измерения КУИзмерение ДНИзмерение ПХ Погрешности за счет ограничения области сканирования 55- Погрешности за счет дискретизации10 - Погрешности за счет влияния переотражений 1015 Погрешности измерений характеристик зонда Погрешность КУ эталона50-- Погрешность из-за поляризационных потерь 5-35 Инструментальная погрешность Другие источники погрешности555

13 Расчетно-экспериментальный метод оценки метрологических характеристик АИК БЗ ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России

14 Измерения энергетических характеристик активных антенных систем ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Пассивная ФАР Активная ФАР где k - постоянная Больцмана 1,38· Дж/К; f ПРМ - полоса пропускания входных фильтров приемника; σ - эффективная площадь рассеяния цели; R - расстояние до цели. В режиме приема G/T - энергетическая добротность антенны где Y=(P ВКЛ /Р ВЫКЛ ) – отношение мощностей на выходе испытываемой антенны при включенном и выключенном источнике сигнала; Р О – мощность сигнала, измеренная на выходе рупора с известным КУ G P. В режиме излучения Р·G - эффективная изотропно излучаемая мощность

15 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Обеспечение единства и точности измерений нормируемых характеристик антенных систем, амплитудных и энергетических характеристик электромагнитных полей при эксплуатации военных эталонов, рабочих эталонов, мер, специального оборудования

16 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России 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)

17 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Анимационная картина электродинамического взаимодействия испытываемой антенны и зонда при увеличении измерительного расстояния между ними Компьютерное моделирование электродинамического взаимодействия излучающих структур, определение степени их взаимного влияния для решения задач оценки частных составляющих погрешности измерений характеристик антенн

18 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Разработка методик измерений, обработки результатов измерений нормируемых пространственных и энергетических характеристик антенн, а также методик оценки точностных показателей антенных измерительных комплексов

19 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Проведение исследований по изысканию путей уменьшения погрешности измерений характеристик антенн. Разработка математических моделей погрешности измерений характеристик антенн, программных продуктов по оценке их числовых значений Применение метода параметрической фильтрации при обработке амплитудного распределения в ближней зоне Реализация метода уменьшения погрешности измерений КУ за счет учета поправочных коэффициентов

20 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Радиолокационное изображение двух целей, отстоящих друг от друга на 1см, полученное при помощи обратного преобразования Радона Разработка методик измерений и обработки результатов измерений характеристик радиолокационной заметности объектов, а также их аттестация

21 Основные направления исследований Главного центра в области антенных измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Разработка методик экспериментальной оценки характеристик безэховости камер, измерений ослабления на трассах распространения радиоволн. Теоретическая оценка значений коэффициента безэховости при проектировании БЭК

22 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 Методы измерений непосредственного измерения рассеянной мощности перемещающегося индикатора наложения диаграмм направленности приемной антенны генератора качающейся частоты (свип-генератора) двух приемных антеннизмерений «кажущейся» ЭПР БК измерений амплитудно-фазового распределения в рабочей зоне импульсных измерений

23 Широкополосный импульсный метод Требование к длительности СШП импульса для реализации метода импульсного зондирования в диапазоне частот f н < f < f в При использовании абсолютно изотропной тестовой антенны коэффициент безэховости, измеренный во временной области, определяется по формуле Формирователь (генератор СШП импульсов) Стробоскопический приемник s изл (t) S изл (j ) s пр (t, ) S пр (j, ) θ φ Схема измерений ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России

24 Прямой сигнал Отраженный сигнал Результаты измерений во временной (слева) и их представление в частотной (справа) области

25 ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Аттестация и идентификация ПО ГОСТ Р «Требования к программному обеспечению средств измерений» (дата введения 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)

26 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).

27 ФГКУ «ГНМЦ» Минобороны России Благодарю за внимание!