姜維維 張 雨 王清海

（中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031）

毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的不確定度評(píng)定

姜維維 張 雨 王清海

（中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031）

對(duì)毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，分析了各不確定度分量的來(lái)源并進(jìn)行了量化。毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的擴(kuò)展不確定度U≤1 dB（k=2），滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。結(jié)果表明，影響不確定度的主要因素為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性。

不確定度 反射率測(cè)量 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用于評(píng)價(jià)反射率測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法的準(zhǔn)確性、可靠性，并對(duì)空間法反射率測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行修正、校準(zhǔn)。要保證所校準(zhǔn)的測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和一致性，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值和不確定度評(píng)定則是十分必要的。

1 測(cè)試方法

隱身材料反射率的測(cè)試方法有RAM反射率遠(yuǎn)場(chǎng)RCS測(cè)試法、RAM反射率弓型測(cè)試法、RAM反射率空間平移測(cè)試法。其中RAM反射率遠(yuǎn)場(chǎng)RCS測(cè)試法是絕對(duì)定值方法，該方法具有最高定值準(zhǔn)確度，不確定度可達(dá)到0.5 dB，定值精密度可達(dá)到0.1 dB，高于其它兩種方法的準(zhǔn)確度和精密度，因此筆者采用RAM反射率遠(yuǎn)場(chǎng)RCS測(cè)試法進(jìn)行定值［1］。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，進(jìn)行多次重復(fù)放置測(cè)試，最后確定出標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值和測(cè)量不確定度［2］。

2 不確定度來(lái)源

毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的不確定度主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）測(cè)試系統(tǒng)引入的不確定度；

（2）同一條件下重復(fù)測(cè)試引入的不確定度；

（3）均勻性引入的不確定度；

（4）時(shí)間變化引入的不確定度；

（5）溫度變化引入的不確定度；

（6）濕度變化引入的不確定性。

3 不確定度的評(píng)定

3.1 測(cè)量系統(tǒng)引入的不確定度uB

測(cè)試系統(tǒng)引入的不確定度按B類(lèi)方法評(píng)定，包括：發(fā)射功率、背景電平、頻率、溫濕度等的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)確度的影響，GJB 2038-1994已給出該方法定值的不確定度不超過(guò)±0.5 dB，可以認(rèn)為其最大不確定度為0.5 dB。假設(shè)為正態(tài)分布，k=2，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB=0.5／2=0.25 dB。

3.2 同一條件下重復(fù)測(cè)試引入的不確定度u1

所有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的u1分量根據(jù)6次重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差s計(jì)算得到。

3.3 均勻性引入的不確定度分量u2

對(duì)于毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性作以下幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）由于是對(duì)每塊標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別定值，因此不存在從一批標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中取樣進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)從而驗(yàn)證整批標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)性能是否均勻的問(wèn)題；（2）在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行定值測(cè)試和使用時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的天線(xiàn)發(fā)射的電磁波波束是完全覆蓋整個(gè)表面，因此不存在整塊標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)面上不同區(qū)域之間性能是否均勻的問(wèn)題。因此均勻性引入的不確定度分量u2為0［3］。

3.4 時(shí)間變化引入的不確定度分量u3

設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏差為s，該物質(zhì)的特性量值的標(biāo)準(zhǔn)值為，測(cè)量次數(shù)為n。如果物質(zhì)的穩(wěn)定性好，在規(guī)定的期間內(nèi)，任一次測(cè)量所得該物質(zhì)的特性量值應(yīng)有

由于配方完全相同，實(shí)驗(yàn)選擇有代表性的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（分別為-10、-15、-20 dB）對(duì)其吸波性能隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行考核。在一年時(shí)間內(nèi)每隔2～3個(gè)月進(jìn)行一次測(cè)試，每次測(cè)量6個(gè)觀(guān)測(cè)值，取其平均值作為該次測(cè)試值，一年內(nèi)共進(jìn)行6次測(cè)試。

方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差按GJB 2038-1994的規(guī)定為0.5 dB。由表1～表3可知，當(dāng)α取0.05，n取6時(shí)，t0.05(5)=2.57，統(tǒng)計(jì)量A均小于臨界值t0.05(5)，因此標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是穩(wěn)定的。表1～表3中給出了不同頻率點(diǎn)一年6次測(cè)試數(shù)據(jù)之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差sm，將不同頻率點(diǎn)上該標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值作為該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)穩(wěn)定性不確定度分量u3。

表1 標(biāo)稱(chēng)量值為-10 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定性考核

表2 標(biāo)稱(chēng)量值為-15 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定性考核

3.5 溫度變化引入的不確定度分量u4

由于配方完全相同，實(shí)驗(yàn)選擇有代表性的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（分別攜帶-10、-15、-20 dB吸波性能值）對(duì)其吸波性能隨溫度的變化情況進(jìn)行考核。在15～40℃范圍對(duì)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行了5個(gè)以上溫度點(diǎn)吸波性能測(cè)試，每個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行多次平行測(cè)試，取其平均值作為該溫度下的吸波性能，得到不同溫度吸波性能數(shù)據(jù)及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。各溫度下吸波性能數(shù)據(jù)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表4～表6。由表4～表6可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在15～35℃范圍內(nèi)吸波性能基本不隨溫度的變化而變化，不同溫度之間測(cè)試數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差很小，說(shuō)明在此溫度范圍內(nèi)是相當(dāng)穩(wěn)定的。將不同頻率點(diǎn)上不同溫度測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值作為該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的溫度穩(wěn)定性不確定度分量u4。

表4 標(biāo)稱(chēng)量值為-10 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在不同溫度下的反射率

表5 標(biāo)稱(chēng)量值為-15 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在不同溫度下的反射率

表6 標(biāo)稱(chēng)量值為-20 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在不同溫度下的反射率

3.6 濕度變化引入的不確定度分量u5

由于配方完全相同，選擇了有代表性的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（分別攜帶-10、-15、-20 dB吸波性能值）對(duì)其吸波性能隨濕度的變化情況進(jìn)行考核。在33%～75%的相對(duì)濕度范圍內(nèi)對(duì)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行5個(gè)濕度點(diǎn)吸波性能測(cè)試，每個(gè)濕度下進(jìn)行多次平行測(cè)試，取其平均值作為該溫度下的吸波性能，得到不同濕度吸波性能數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差。各濕度下吸波性能數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表7～表9。

表7 標(biāo)稱(chēng)量值為-10 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在不同濕度的反射率

表8 標(biāo)稱(chēng)量值為-15 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在不同濕度的反射率

表9 標(biāo)稱(chēng)量值為-20 dB的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在不同濕度的反射率

由表7～表9可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在所考察的濕度范圍內(nèi)，吸波性能的變化較小。將該濕度范圍定為該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用濕度范圍，并將測(cè)試數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值作為該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濕度穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u5。

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度

A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

將uA與uB按公式合成，得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc，再按U=2uc計(jì)算得到95%置信度的擴(kuò)展不確定度。各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值、不確定度分量及合成不確定度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10。

5 結(jié)語(yǔ)

毫米波反射率標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的擴(kuò)展不確定度U≤1 dB（k=2），滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求，不確定度的影響主要取決于測(cè)量系統(tǒng)本身以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性，由其它因素引入的不確定度較小。

表10 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值與不確定度

［1］JJF1059-1999 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示［S］.

［2］GJB 2038-1994 雷達(dá)吸波材料測(cè)量方法［S］.

［3］JJG 1006-1994 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)規(guī)范［S］.

EVALUATION OF THE UNCERTAINTY OF MILLIMETER-WAVE REFLECTIVITY STANDARD MATERIAL

Jiang Weiwei，Zhang Yu，Wang Qinghai
(CNGC Institute 53，Jinan 250031，China)

The uncertainty of millimeter-wave reflectivity standard material was evaluated. The source of every uncertainty component was analyzed and evaluated. The expanded uncertainty of millimeter-wave reflectivity standard material wasU≤1 dB (k=2). The results evidenced that the main influence of measurement uncertainty was standard material stability.

uncertainty，reflectivity measurement，standard material

2011-05-08