Способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов

Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов (РПМ), включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов, соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров и, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом. Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в повышении точности измерений за счет уменьшения шага по частоте в частотной характеристике коэффициента отражения РПМ, а также за счет снижения шумовой составляющей измеренных импульсных сигналов методом ядерного сглаживания, при этом относительная погрешность определения частотной характеристики коэффициента отражения по сравнению с прототипом уменьшается на 10-15%. Изобретение может быть использовано в радиотехнике, в частности в радиолокации. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способу измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов (РПМ), которое может быть использовано в радиотехнике, в частности в радиолокации.

Известен способ измерения коэффициента отражения РПМ в частотной области [Алимин Б.Ф. Техника измерений коэффициентов отражения поглотителей электромагнитных волн // Зарубежная электроника. 1977. №2. С. 88-110] и устройство, его реализующее [АС SU №1270720]. Способ заключается в раздельном облучении узкополосным гармоническим сигналом образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров, приеме рассеянных ими сигналов и вычислении значения коэффициента отражения на заданной частоте как отношения мощностей сигналов, рассеянных образцом и металлической пластиной. Частотный диапазон измерений обусловливается частотными диапазонами передающей и приемной антенн. Для определения коэффициента отражения в широкой полосе частот (десятки гигагерц) требуется применение набора из нескольких антенн, что приводит к снижению точности измерений из-за стыковки результатов на границах частотных диапазонов антенн. Кроме того, образец должен облучаться синфазным волновым фронтом с равномерным амплитудным распределением, что возможно только в дальней зоне излучения. В высокочастотной области, например, на частоте 10 ГГц граница дальней зоны составляет 20 м. В совокупности с тем, что измерения должны проводиться в безэховых камерах для исключения отражения от окружающих предметов, это значительно увеличивает материальные затраты при проведении измерений.

Также известен способ измерения коэффициента отражения радиоволн от радиопоглощающих покрытий [Пат. РФ №2234101], принятый за прототип. Сущность данного способа состоит в том, что облучение образца радиопоглощающего покрытия и металлической пластины одинаковых размеров проводят импульсными сверхширокополосными сигналами. Затем сигналы Vc и Vm, рассеянные образцом и пластиной соответственно, регистрируют и с помощью дискретного преобразования Фурье вычисляют их спектральные плотности и После этого разбивают диапазон рабочих частот на совокупность частотных интервалов, аппроксимируют линейными функциями фазовые характеристики спектральных плотностей и в каждом p-ом интервале, по наклонам которых определяют соответствующие запаздывания частотных составляющих сигналов, проводят когерентное суммирование спектральных плотностей и с учетом фазовых сдвигов, находят их средние значения и и по формуле определяют частотную характеристику коэффициента отражения радиопоглощающего покрытия.

Недостаток указанного выше способа заключается в низкой точности измерений по причине большого шага по частоте между отсчетами частотной характеристики коэффициента отражения в случае, когда измеренные сигналы находятся в пикосекундном диапазоне длительностей (единицы-десятки пикосекунд).

Например, рассеянный образцом сигнал Vc имеет приближенно гауссовскую форму и его длительность составляет tu=20 пс. Активная ширина спектра (в которой содержится 95% энергии) такого сигнала составляет ГГц [Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства. М.: Советское радио, 1973. 592 с.]. При регистрации данный сигнал был дискретизирован с временным шагом Δt=0,5 пс с числом отсчетов N0=500, что удовлетворяет теореме Котельникова [Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1982. 109 с.]. В таком случае шаг по частоте дискретной функции спектральной плотности составляет ГГц, что в сверхшироком диапазоне измерений, например, до 40 ГГц дает всего десять значащих точек частотной характеристики коэффициента отражения. На практике требуемое частотное разрешение в диапазоне до 40 ГГц составляет не менее 100 МГц, что соответствует 400 значащим точкам частотной характеристики коэффициента отражения. Увеличение количества точек N0 пропорционально приводит к уменьшению шага Δt при той же длительности импульса, соответственно разрешение по частоте не увеличивается. В этом случае разбиение диапазона рабочих частот на поддиапазоны и линеаризация в них фазовых характеристик спектральных плотностей не приведет к улучшению соотношения «сигнал-шум», что и наблюдается в прототипе.

Техническая задача, решаемая предлагаемым способом, состоит в преодолении указанных недостатков, а именно в повышении точности измерения коэффициента отражения РПМ, в случае, когда измеренные сигналы находятся в пикосекундном диапазоне длительностей (единицы-десятки пикосекунд).

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в повышении точности измерений за счет уменьшения шага по частоте в частотной характеристике коэффициента отражения РПМ, а также за счет снижения шумовой составляющей измеренных импульсных сигналов методом ядерного сглаживания, при этом относительная погрешность определения частотной характеристики коэффициента отражения по сравнению с прототипом уменьшается на 10-15%.

Данный технический результат достигается за счет предлагаемого способа измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов, включающего облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров, и отличающегося тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом.

Отличительной особенностью способа является, что сверхширокополосный сигнал имеет пикосекундную длительность, а до выполнения преобразования Фурье в конце выборок Vc и Vm добавляется М нулевых отсчетов, причем:

где N0 - изначальное количество отсчетов выборок Vc и Vm. Равенство числа отсчетов степени 2 обусловлено требованиями быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Добавление М нулевых отсчетов в конце выборок Vc и Vm не приводит к искажению спектральной плотности сигналов, так как не вносится никаких изменений в форму исходного сигнала. Однако при том же временном шаге Δt в этом случае шаг по частоте уменьшается относительно шага по частоте по крайней мере в 100 раз:

Отличительной особенностью способа является также, что до выполнения преобразования Фурье для улучшения соотношения «сигнал-шум» производится ядерное сглаживание выборок Vc и Vm по формуле (3) [Хардле В. Прикладная непараметрическая регрессия. М.: Мир, 1993. 349 с.]:

где Vs - сглаженный сигнал, V - исходный сигнал (Vc или Vm), К(х) - функция ядра Гаусса, h - ширина окна сглаживания.

Функция ядра Гаусса определяется выражением (4):

Ширина окна h определяется по принципу максимального правдоподобия со скользящим исключением объектов по одному (leave-one-out) [М.П. Кузнецов, А.А. Мафусаилов, Н.К. Животовский. Сглаживающие алгоритмы прогнозирования // Машинное обучение и анализ данных. 2011. Т. 1. №1. С. 104-112.]. Для этого вводится следующая функция (5):

где V/{i} - выборка с исключенным i-м значением.

Значение h0, соответствующее минимуму функции LOO(h,V), является оптимальным.

В результате частотную характеристику коэффициента отражения радиопоглощающего материала КРПМ находят по формуле (6):

i=0…N0-1

где Sc и Sm - функции спектральных плотностей сглаженных сигналов Vc и Vm, соответственно, найденные с помощью быстрого преобразования Фурье. Повышения точности измерений достигается за счет того, что при ядерном сглаживания измерительного сигнала улучшается соотношение «сигнал-шум». При этом выбор окна сглаживания в соответствии с соотношением (5) не приводит к искажению формы импульса, а следовательно, и к искажению формы дискретной функции спектральной плотности.

Пример реализации способа

С помощью устройства для измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов, описанного в [Пат. №155117], были поочередно облучены образец РПМ и металлическая пластина и зарегистрированы два сигнала: Vc - рассеянный образцом и Vm - рассеянный металлической пластиной. Дискретные сигналы Vc и Vm, зарегистрированные приемником, имеют шаг по времени между отсчетами Δt=0,5 пс и количество отсчетов N0=500.

Для улучшения разрешения частотной характеристики коэффициента отражения по частоте дискретные сигналы дополнены нулевыми отсчетами:

Затем по формулам (3)-(5) найдено оптимальное значение ширины окна сглаживания и выполнено ядерное сглаживание сигналов Vc и Vm. На Фиг. 1 показаны значения функций LOO(h, Vc) и LOO(h, Vm) и оптимальные значения ширины окна: 4,8 для сигнала Vc и 4,2 для сигнала Vm. На Фиг. 2 показаны исходные (серым цветом) и сглаженные (черным цветом) при помощи ядерного сглаживания сигналы Vc и Vm.

Затем с помощью быстрого преобразования Фурье сигналов Vc и Vm, вычислялись амплитудные спектры Sc и Sm соответственно и находилась частотная характеристика коэффициента отражения как отношение амплитудных спектров по формуле (6). На Фиг. 3 показана частотная характеристика коэффициента отражения образца РПМ в диапазоне от 10 до 30 ГГц: ломаная К1 является кусочно-линейной аппроксимацией частотной характеристики коэффициента отражения, полученной при реализации способа-прототипа, кривая К2 получена при реализации настоящего способа. В диапазоне от 10 до 30 ГГц характеристика, представленная ломаной К1 имеет 5 значащих точек, а кривая К2 - 655 точек. Наибольшая разница между значениями К1 и К2 в данном диапазоне составляет δ=14,8% на частоте 26 ГГц.

Способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов, включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного контроля различных физических величин посредством резистивных датчиков, например терморезисторов.

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в химической и других родственных с ней отраслях промышленности для определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов, в том числе полимерных пленок и тканей.

Использование: для определения относительной комплексной диэлектрической проницаемости материалов с потерями. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью СВЧ рефлектометра измеряют зависимость коэффициента отражения Френеля плоского образца материала от угла падения в пределах от 40 до 90°, когда электрическое поле волны параллельно плоскости падения, после чего по графику зависимости коэффициента отражения Френеля от угла падения определяют угол Брюстера θв, а относительную комплексную диэлектрическую проницаемость ε образца материала или участка поверхности земли рассчитывают по формуле ε=(tgθв)2.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования изменения сопротивления резистивного первичного преобразователя температуры или деформации в напряжение и преобразования термо-ЭДС.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ определения составляющих импеданса биологического объекта состоит в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, при этом определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а именно - предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи и заземляющих устройств. Для проектирования и строительства линий электропередачи проводятся изыскательские работы, при этом исследуется местность, определяются характеристики грунта, в том числе электрическое сопротивление земли.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. Согласно способу возбуждают колебания в резонаторе на фиксированной частоте.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Заявленный кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электрического сопротивления высокорезистивных объектов, преимущественно, пленочных образцов из нанокомпозиционных материалов, содержит корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель; внутри корпуса на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки, установлены C-образные зажимы с плоскими губками для размещения исследуемого образца, выполненные из вольфрамовой проволоки, причем в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца, размещаемого в C-образных зажимах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта. Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления датчиков в электрический сигнал предназначен для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях. Устройство содержит резистивные датчики (1-4), источник тока питания датчиков (5), ключ для переключения питания датчиков (14), подключенный к дополнительному источнику опорного напряжения (13), аналого-цифровой преобразователь (6), подключенный к устройству управления (10), ключ для переключения диапазона измерения (19) преобразователя (6), цифроаналоговый преобразователь (7), подключенный к двухпозиционным ключам для переключения режима измерения (16), подсоединенный к основному источнику опорного напряжения (12) и инструментальным усилителям (8, 9), при этом вход инструментального усилителя (8) подключен к выходам программируемых делителей напряжения (17), (18), потенциальные линии датчиков, общий провод (20), цифроаналоговый преобразователь для источника тока (21), выход которого подключен к входу источника тока (5), цифровые шины данных (22), подсоединенные к шине управления (23). Техническим результатом является упрощение обслуживания, обеспечение работы с широкой номенклатурой разнообразных датчиков, увеличение диапазонов измерений за счет программирования источников тока, номинального напряжения и делителей напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при определении комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, например, СВЧ-смесителей. Выходной сигнал промежуточной частоты исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты преобразуют в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты. Измеряют с помощью векторного анализатора цепей суммарный угол сдвига фаз исследуемого и опорного СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Измеряют разность угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. После этого измеряют разность угла сдвига фаз опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. Искомое значение угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты определяют по формуле: . 1 ил.

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной проницаемостей тонких пленок и наноматериалов. Устройство состоит из генератора 1, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала 2, соединенного с разветвителем 3, первый выход которого соединен со входом опорного приемника 4, подключенного ко входу измерителя параметров сигнала 5, а второй выход разветвителя соединен со входом введенного дополнительного разветвителя 6, первый выход которого подключен через объект контроля 7 ко входу первого приемника сигнала 8, подключенного к измерителю параметров сигналов 5, а второй выход дополнительного разветвителя соединен с входом второго приемника 9 через образец эталонного материала с известными электромагнитными параметрами 10 и соединен с входом измерителя параметров сигнала 5, выход которого соединен с входами устройства обработки 11 и устройства управления 12, которое в свою очередь подключено ко входу генератора 1. Техническим результатом при реализации заявленного устройства является уменьшение погрешности измерения при исследовании тонких пленок, имеющих малый коэффициент отражения при сохранении возможности комплексных измерений одновременно трех электромагнитных параметров контролируемого материала. 1 ил.

Группа изобретений относится к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. Имитация системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), выполняется для получения данных (328) импеданса, причем данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания. Профиль (401) стабильности системы (100) электропитания определяется как функция данных (328) импеданса, причем профиль (401) стабильности идентифицирует элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111) для управления генерированием электроэнергии в электрической системе (100) с целью оптимизации стабильности системы (100) электропитания. Обеспечивается стабильность системы электропитания на борту летательного аппарата. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца. Технический результат заключается в обеспечении объединения идентификации отпечатка пальца и сенсорной кнопки, в увеличении конструктивной прочности защитного стекла и повышении удобства для пользователя. Устройство содержит датчик для идентификации отпечатка пальца, расположенный под защитным стеклом терминального устройства; схему для идентификации отпечатка пальца, соединенную с датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостный датчик касания, расположенный под датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостную сенсорную схему, соединенную с емкостным датчиком касания; и переключатель, используемый для включения или отключения датчика для идентификации отпечатка пальца и схемы для идентификации отпечатка пальца, а также для включения или отключения емкостного датчика касания и емкостной сенсорной схемы. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для достоверного определения компонентного состава и концентраций примесей в жидких диэлектриках, применяемых в системе нефтепродуктообеспечения, медицине и научных исследованиях. Способ измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях содержит этапы, на которых после заполнения межэлектродного пространства измерительного датчика исследуемой жидкостью на его электроды подают переменное напряжение переменной частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 мГц и измеряют его спектральную характеристику. Для этого определяют электрическую емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости при шаговом изменении частоты. Шаг изменения частот определяется в зависимости от частотного диапазона. Определяют рабочую частоту, для чего измеряют базовую частоту сигнала преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, эталонную частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором и частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком. На основании измеренных частот определяют емкость датчика в исследуемой жидкости. Технический результат – уменьшение времени и повышение точности определения диэлектрических параметров в измеряемой среде, упрощение аппаратурной составляющей. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов, включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов, соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров и, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле, где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом. Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в повышении точности измерений за счет уменьшения шага по частоте в частотной характеристике коэффициента отражения РПМ, а также за счет снижения шумовой составляющей измеренных импульсных сигналов методом ядерного сглаживания, при этом относительная погрешность определения частотной характеристики коэффициента отражения по сравнению с прототипом уменьшается на 10-15. Изобретение может быть использовано в радиотехнике, в частности в радиолокации. 3 ил.

Наверх