基于GUM法的VHF系統(tǒng)發(fā)射功率測量不確定度評定

張德　羅啟銘　張懷才

摘要：VHF通信系統(tǒng)是航空移動通信的主用手段，在民航空中交通管制業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要作用。本文以GUM法不確定度評定為基本思路，結(jié)合VHF系統(tǒng)發(fā)信機(jī)發(fā)射功率測量的具體實(shí)際，從不確定度來源分析、測量模型建立、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定以及擴(kuò)展不確定度等方面，對VHF系統(tǒng)發(fā)射功率測量不確定度進(jìn)行評定。

關(guān)鍵詞：GUM法;VHF;功率;不確定度

中圖分類號：TG806 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）08-0047-02

0 引言

VHF語音和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（以下簡稱VHF系統(tǒng)）在民用航空的空中交通管制中占有非常重要的位置，是航空移動通信的主用手段[1]。VHF系統(tǒng)傳播方式具有表面波衰減快、傳播距離近等特點(diǎn)。其最大作用距離受發(fā)信機(jī)發(fā)射功率影響較大，發(fā)射功率值的準(zhǔn)確測量以及相關(guān)不確定度的評定，對于VHF系統(tǒng)的指標(biāo)驗(yàn)證以及覆蓋范圍分析，具有重要意義。

1 GUM法簡介

中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范《測量不確定度評定與表示》（JJF1059.1-2012），主要依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)《測量不確定度表示指南》執(zhí)行。《測量不確定度表示指南》原文為“Guide to the Uncertainty in Measurement”，縮寫簡稱為GUM。GUM法是采用“不確定度傳播律”得到被測量估計值的測量不確定度的方法，其測量不確定度的評定流程為：測量不確定度來源分析;測量模型的建立;標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定;擴(kuò)展不確定度的確定[2]。

2 VHF系統(tǒng)發(fā)射功率不確定度評定

2.1 測量原理

本測量以VHF系統(tǒng)發(fā)射功率測量為例，通過衰減網(wǎng)絡(luò)與功率計連接，從而測得被測設(shè)備的發(fā)射功率。測試連接原理框圖如圖1所示[3]。

2.2 數(shù)學(xué)模型

（1）

：實(shí)際測得功率值;：鏈路損耗補(bǔ)償值;：測試儀表、器件精度引入的修正值;：環(huán)境溫度變化引入的修正值;：被測樣供電電壓變化引入的修正值。

2.3 影響量不確定度分量的評估和計算

對公式（1）中等式右側(cè)的各影響量的不確定度分量進(jìn)行評估和計算。

2.3.1 功率值引入的不確定度分量u（）

該項不確定度分量的評估要求在重復(fù)性條件下，將同一被測件進(jìn)行10次獨(dú)立測量，測得值（m）列于如表1所示。

算術(shù)平均值：=39.35dBm，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：s（P）==0.052dBm，標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u（）=s（）= 0.052dBm。

根據(jù)功率%與dB的單位轉(zhuǎn)換關(guān)系可得：

u（P0）==0.010dB

2.3.2 測試儀表、器件精度引入的不確定度分量

功率計及功率傳感器：功率計及功率傳感器各影響量指標(biāo)為：功率計參考電平±1.2%，校準(zhǔn)因子±2.3%，測量范圍變更誤差（一次變更）±0.5%，測量線性因子±0.5%，分別代入公式u=可得：

u參考電平=0.03dB;u標(biāo)準(zhǔn)因子=0.058dB;u范圍變更=0.013dB; u線性因子=0.013dB。

噪音忽略不計，則：

uc功率計及功率傳感器=

=0.069dB

衰減器：查20dB衰減器技術(shù)資料，其精度是為±0.6dB，所以：u衰減器==0.346dB。不確定度分量：==0.353dB。

2.3.3 鏈路損耗引入的不確定度分量

本不確定度分量主要由失配引入，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)值，則：

uc失配==0.063dB

2.3.4 環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量

在測試期間，實(shí)驗(yàn)室可控溫度范圍為1℃，根據(jù)ETSITR100028參數(shù)可知：均值4%（p）/℃;標(biāo)準(zhǔn)差1.2%（p）/℃。

則：==0.100dB

2.3.5 被測樣品供電電壓變化引入的不確定度分量

在測試期間，實(shí)驗(yàn)室供電電壓可控范圍為0.1V，根據(jù)ETSITR100028參數(shù)可知：均值10%（p）/V;標(biāo)準(zhǔn)差3%（p）/V。

則：==0.026dB

2.4 合成不確定度

依據(jù)上述有關(guān)發(fā)射功率測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析與計算，將各分量評定結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

== 0.374dB

2.5 擴(kuò)展不確定度

取k=2，則：U=k*=2*0.374=0.75dB

3 結(jié)語

本文以GUM法不確定度評定為基本方法，結(jié)合VHF系統(tǒng)發(fā)信機(jī)發(fā)射功率測量的具體實(shí)際，完成了該指標(biāo)測量結(jié)果的不確定度分析與評定。評定過程主要涉及測量原理分析、測量結(jié)果的數(shù)學(xué)模型建立、影響測量結(jié)果的各不確定度分量的分析與計算。發(fā)射功率的不確定度評定過程對于無線電領(lǐng)域相關(guān)指標(biāo)的不確定度評估，具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] MHT 4001.1-2016甚高頻地空通信地面系統(tǒng)第一部分[S].2016.

[2] JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].2012.

[3] 佘廣益，付松源，蕭贊亮，等.VHF寬帶E類高效率功率放大器設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013（39）：12.

Evaluation of Uncertainty of Transmission Power Measurement of VHF System Based on GUM

ZHANG De1，LUO Qi-ming2，ZHANG Huai-cai2

（1.Air Traffic Management Office of CAAC， Beijing 100010;

2.The Second Research Institute of CAAC， Chengdu Sichuan 610041）

Abstract：VHF communication system is the main means of aviation mobile communication and plays an important role in air traffic control of civil aviation. In this paper， GUM method uncertainty assessment as the basic idea， combined with the VHF system transmitter transmission power measurement of the specific reality， uncertainty source analysis， measurement model， evaluation of standard uncertainty and extended uncertainty， VHF system transmission power measurement uncertainty evaluation.

Key words：GUM; VHF; power; uncertainty