автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка методов, алгоритмов и программ для СВЧ-преобразователей информации в системах управления техническими объектами

11-3 321

На правах рукописи

ЛЬВОВ Пётр Алексеев!«

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ, АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ДЛЯ СВЧ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 2011

Работа выполнена технический университет»

в

ГОУ

ВПО «Саратовский государственный

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Большаков Александр Афанасьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Попов Георгий Александрович

доктор технических наук, профессор Игнатьев Александр Анатольевич

Ведущая организация:

Институт проблем точной механики и управления РАН (г. Саратов)

Защита состоится «18» мая 2011г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.08 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г.Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. 212/2.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан «14» апреля 2011 г.

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета www.sstu.ru «14» апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А. Терентьев

20i I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эффективность ряда систем управления в современных телекоммуникационных комплексах, в военной и космической технике во многом определяется характеристиками контуров обратной связи, одним из основных элементов которых являются СВЧ-преобразователи информации (СПИ). В настоящее время при построении этих преобразователей обычно используется метод векторного вольтметра. Он требует применения дорогостоящего СВЧ оборудования, ориентировочная стоимость которого составляет 50 100 тысяч долларов США, что существенно ограничивает его использование в прикладных областях.

В 1972 году Г. Энген и К. Хоэр предложили альтернативный векторному вольтметру метод многополюсного рефлектометра. Однако этот способ не нашёл широкого применения из-за сложности процедуры калибровки преобразователя и отсутствия у большинства исследователей нагрузок с достаточно точно известными параметрами в широком диапазоне частот. Поэтому созданные экспериментальные образцы автоматических СПИ, основанные на многополюсниках и описанные в зарубежной литературе (Т. Якабе, М. Киношита, X. Ябе, Ф. Ганнучи, К. Ивамото, К. Фуджи, Х.С. Лю, Т.Х. Чу, А. Штельцер, С. Дискус, К. Любке, X. Тим), оказались неудачными из-за высокой их стоимости и низкой точности проводимых измерений.

В конце XX века группой отечественных исследователей (A.A. Львов, A.A. Моржаков, К.В. Семёнов, Д.В. Ковалёв, Б.М. Кац) разработан СПИ в виде комбинированного многополюсного рефлектометра, часть датчиков которого слабо связана с полем внутри тракта и является многозондовой измерительной линией. Это устройство может быть откалибровано по набору нагрузок с неточно известными параметрами отражения, если достаточно точно известны расстояния от плоскости подсоединения исследуемого объекта до датчиков многозондовой линии, что его существенно упрощает и удешевляет. Однако в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн относительные ошибки в определении расположения датчиков вдоль СВЧ тракта линии становятся значительными, что снижает точность калибровки многополюсного рефлектометра и измерения исследуемых параметров состояния управляемого объекта.

В связи с этим целью настоящей работы является повышение точности калибровки, а также удешевление конструкции СПИ на основе многополюсных рефлектометров за счет применения оптимальных статистических методов и алгоритмов цифровой обработки получаемой информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ существующих.СПИ, основанных на многополюсных рефлектометрах, в условиях случайных внешних воздействий и выявление основных недостатков. препятствующих достижению высокой точности измерений.

2. Разработка методов и алгоритмов калибровки комбинированных многополюсных рефлектометров на основе полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора оцениваемых расстояний от плоскости подсоединения исследуемой СВЧ цепи до датчиков мног"озондовой измерительной линии.

3. Модернизация существующих автоматических СПИ на основе многополюсного рефлектометра использованием комбинированного многополюсника, что позволит значительно повысить их точность и технологичность, а также существенно упростить конструкции приборов.

4. Разработка новых алгоритмов оценки коэффициентов передачи комбинированного многополюсника и неизвестных характеристик исследуемого объекта управления на основе применения оптимальных методов определения параметров в различных технических приложениях.

5. Создание пакетов прикладных программ, реализующих разработанные методы и алгоритмы, и проведение имитационного моделирования для оценки эксплуатационных характеристик предлагаемых анализаторов.

Предметом исследования являются теоретические, методические и практические аспекты построения СПИ систем управления на базе комбинированных многополюсников, а также применение оптимальных статистических методов цифровой обработки информации, получаемой с их выходов.

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе используется аппарат теорий вероятностей и оптимального оценивания, в частности, методы максимального правдоподобия и наименьших квадратов. Достоверность полученных научных положений и результатов доказана теоретическими выводами и подтверждена результатами модельных экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан универсальный СПИ, основанный на многополюсном рефлектометре, отличающийся использованием в качестве преобразователя сигналов комбинированного многополюсника, что позволяет существенно повысить его точность и снизить себестоимость.

2. Разработан новый алгоритм калибровки комбинированного многополюсного рефлектометра, отличительной особенностью которого является уточнение расстояний от плоскости подсоединения измеряемого объекта до датчиков много-зондовой линии и длины волны в тракте многополюсника на основе оценивания с использованием полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора неизвестных параметров, что позволило снизить основные систематические ошибки калибровки рефлектометра.

3. Построены оптимальные алгоритмы обработки данных с выходов многополюсника, позволяющие получать эффективные оценки определяемых параметров при его применении в различных технических приложениях: а) в системе построения разнесённых СВЧ изображений; б) в измерителе расстояния до плоской поверхности; в) в измерителе угла прихода радиолокационного сигнала; г) в доплеровском радаре измерения скорости объекта.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что применение комбинированного многополюсника позволяет модернизировать известные конструкции СПИ, при этом существенно упрощается их изготовление и повышается точность измерения оптимизацией процедур измерения и калибровки. На основе предложенного метода повышения точности СПИ разработаны принципиально новые, которые могут быть откалиброваны по набору неизвестных нагрузок. Предложенные алгоритмы реализованы в виде программ математи-

ческого обеспечения соответствующих преобразователей, которое может быть использовано при создании макетных образцов систем управления на их основе.

Реализация результатов. Полученные в работе теоретические результаты использовались при разработке алгоритмического и программного обеспечения для системы определения утла прихода телевизионного сигнала в Саратовском областном радиотелевизионном передающем центре и при разработке программного комплекса, предназначенного для проведения лабораторных работ и внедренного в учебный процесс на кафедре «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского ГТУ, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены и обсуждены на международных конференциях: «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006; Ярославль, 2007; Саратов 2008, 2010), «Радиотехника и связь» (Саратов, 2007), «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2008), «Проблемы управления, передачи и обработки информации» (Саратов, 2009), а также на научных семинарах факультета электронной техники и приборостроения СГТУ в г. Саратове.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, 3 из которых в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 174 наименования, и приложения. Общий объем работы составляет 128 страниц, включая 26 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуатьности темы диссертационной работы, а также обзор по главам диссертации и перечень основных положений, выносимых на защиту.

В первой главе проведён критический анализ существующих СПИ и их математических моделей. Установлено, что метод многополюсного рефлектометра (МР) предложен в качестве альтернативы дорогостоящему методу векторного вольтметра, т.к. не требует большого объёма высокоточного оборудования. Однако основным недостатком при создании высокоточного СПИ на основе многополюсника являются большие систематические погрешности его калибровки.

Саратовские исследователи впервые предложили комбинированный

Рис. 1. Структурная схема СПИ на основе КМР: Г - генератор; МР и МИЛ - части КМР, соответствующие МР и МИЛ соответственно; К - число калибровочных нагрузок; ПК - компьютер; Д,...Д2^ - датчики

многополюсный рефлектометр (КМР), структурная схема которого показана на рис. 1. Особенностью КМР является, что часть его

датчиков представляют собой многозондовую измерительную линию (МИЛ) -СВЧ тракт регулярного поперечного сечения с измерительными портами, расположенными вдоль его продольной оси, причём данные выходы имеют слабую связь с полем внутри тракта и практически не нарушают картину стоячей волны, образуемой в МИЛ генератором и подсоединённой нагрузкой. Математические модели МР и МИЛ описываются системой уравнений:

и^иа^В^^р^Ь/а!, (/=йу),(/=йК), (1)

+ , (/ = /V + 1, 2/У) , (2)

в которых к, - измеряемые уровни мощности на выходах детекторов, параметры Л,- и В, -комплексные коэффициенты передачи датчиков МР для прямой а и обратной Ь волн, а, - коэффициенты передачи датчиков МИЛ, я,, /т,, Р] и - комплексные амплитуды падающей и отраженной волн в тракте, модуль и фаза г-й подсоединённой калибровочной нагрузки, соответственно, а известными точно: <!, - расстояния от опорной плоскости АА до соответствующего датчика МИЛ и длина волны Я. Для исследователя интерес представляют величина комплексного коэффициента отражения р = Ь/а исследуемого объекта.

Система уравнений (2) может быть разрешена относительно входящих а неё неизвестных, т.е. МИЛ может быть откалибрована по набору неизвестных нагрузок с одновременной их аттестацией. После её калибровки можно, зная параметры нагрузок, откалибровать и МР, решив (1) относительно Л,- и Следовательно, КМР может калиброваться по набору неизвестных нагрузок, что существенно упрощает и удешевляет СПИ на его основе.

Однако КМР имеет систематические ошибки, связанные с неточным знанием расстояний до датчиков и длины волны в тракте МИЛ. Поэтому в главе сформулирована задача повышения точности калибровки КМР для его использования в качестве СВЧ-преобразователя на основе уточнения математических моделей комбинированных многополюсников на базе оценивания их параметров при использовании заданного преобразователя в различных технических приложениях, определяющих специфику конкретной модели рефлектометра. Это позволит устранить основной источник систематических погрешностей метода КМР и повысить точность измерения исследуемых физических величин.

Вторая глава посвящена описанию алгоритма оценивания неизвестных параметров нелинейной модели.

Предположим, что рассматриваемая система и её модель описываются аналогичными уравнениями вида

Y = F(X,b,n), (3)

где X - вектор входных сигналов модели, Ь - вектор неизвестных параметров модели, а п - вектор воздействия помех.

Критерием оценивания выбран минимум суммы квадратов отклонений наблюдаемых сигнапов, реального объекта и его модели Ь = аг£ гшп ^^ (у„ - у!,""'11)" • где Му -общее число измерений.

При таком выборе критерия оптимальной оценкой неизвестных параметров будет апостериорное среднее - результат усреднения плотности вероятности заданных параметров, полученной после обработки наблюдений.

Основная идея предложенного алгоритма заключается в аппроксимации априорной области изменения неизвестных параметров модели выпуклой комбинацией гауссовских кривых (рис. 2). Пусть компоненты вектора Ь имеют такое полигауссовское распределение в априорной области их изменения: р(Ь)= гДе весовые коэффициенты, удовлетворяющие усло-

вию и', = 1, а

^ь{Р,-.7/}=(Ул/(2*)М йе1У|. 1 • ехр{[1

соответствует выражению для многомерной гауссовской кривой со средним значением р, и ковариационной матрицей оцениваемых параметров у,. Эта матрица представляет априорные знания об ошибках оценивания вектора Ь, если выбрать в качестве оптимальной оценки этого вектора значения р„ а М - размерность вектора Ь (число оцениваемых параметров модели). Предполагается, что используемые пики будут достаточно узкими, чтобы «основные массы» (по вероятности) кривых не пересекались между собой.

В работе показано, что апостериорная плотность вероятности, которую необходимо вычислить для решения задачи, также будет иметь вид совокупности гауссовских кривых. Однако параметры этой совокупности будут другими:

1=1

где = • Л/у {а,- + А, р,, },

Р(Ь)

-Р,Г -УГ'-[Ь-

/' ! \ / I \

Р

I \

А,

/к

Рис. 2. Полигауссовская аппроксимация априорной плотности вероятности. Одномерный случай: ЬI, ..., Ьц~ узловые точки построения пиков, р(Ь) - плотность вероятности распределения неизвестного параметра Ь

Рис. 3. Алгоритм идентификации

Р, =Р, +Y, • А['^Г1 (у-а,--A, - ft), у, =у, -у, ■ А? • W. А< • у,-.

В последних выражениях W,- обозначает матрицу априорных ошибок измерения, а символ п над параметрами — их апостериорные значения. Таким образом, можно вычислить апостериорное математическое ожидание вектора параметров b (оптимальную в среднеквадратическом смысле оценку):

¡»=2>,-Р,

¡=1

и апостериорную ковариационную матрицу ошибок оценивания

i=i

Структурная схема, поясняющая работу алгоритма, приведена на рис. 3. Этот алгоритм позволил уточнить значения неизвестных параметров dj и А в модели КМР. Использование традиционных методов калибровки в совокупности с данным алгоритмом позволяет создать универсальный СПИ на основе КМР для различных технических приложений.

Для иллюстрации работы этого алгоритма приведен пример построения разнесенных СВЧ изображений проводящих объектов. Особенность изображений состоит в том, что при их получении используется несколько разнесенных в пространстве приемников сигнала, которые получают фазовую картину отраженных от объекта сигналов с разных ракурсов. После чего эти данные объединяются для построения изображения объекта. Задача возникла в связи с появлением перспективного метода идентификации радиолокационных объектов не только по физическим параметрам движения (скорости, высоте полета, маневру), но и по форме аппарата, определяемой радиолокационным «изображением».

Предположим, что облучающая объект плоская монохроматическая волна распространяется в направлении iiy тогда поле рассеяния этого объекта, нормированное по дальности, в оптическом приближении выражается так:

/(¡р.пИ^(г) (4)

Р ip п>0

где р — —2йк = pip, к = 2ltf/с, п - вектор внешней нормали к поверхности объекта S(r), а поверхностный интеграл берепгся по облучаемой части объекта. Складывая р(р) и р*(—р), измеренное с обратной стороны объекта и используя теорему Ост-роградского-Гаусса, можно получить следующее выражение:

r(p) = ^Up)+/>*(-p)]= \Ar)e~*Tdr (5)

Р J

где /(г) - характеристическая функция объекта В, которая равна 1, если г находится в области В, и 0 в противном случае. Уравнение (5) называется тождеством Боярского и показывает, что рассеивающий объект В может быть восстановлен по его полю рассеяния, измеренному под всеми углами наблюдения и на всех частотах, на основе обратного преобразования Фурье.

Предложенная схема установки, применяемой для снятия угловых и частотных характеристик на основе ДПР, приведена на рис. 4а. На рис. 46 приведена из-8

мерительная часть этой схемы на основе КМР. Для моделирования открытого пространства в малом объеме в установке использована безэховая камера, которая обеспечивает облучение района установочного стола плоской электромагнитной волной и при этом исключает отражение от стенок. Передатчик и приёмник располагаются рядом друг с другом на расстоянии около 15 см, что согласуется с предположением обратного рассеяния. Основной и побочный отражатели имеют диаметры около 2 и 0,9 м. Частота изменяется в пределах 8-12 ГГц.

Достоинства схемы СПИ на основе КМР: расширяется диапазон рабочих частот Исключением векторного анализатора, который имеет ограничения по этому параметру, а также из схемы исключается дорогостоящий блок - векторный вольтметр. При моделировании применяем стандартное уравнение плоской монохроматической волны и{г)=и0е» г, а для принимаемого сигнала используем согласно соотношению (4).

Далее проводится калибровка КМР. Дня этого на первом этапе с использованием отношения (5) получаются значения сигналов, которые будут соответствовать полю рассеяния калибровочного объекта (металлического цилиндра) на разных частотах и далее применяются для калибровки МИЛ-части КМР. При этом оцениваются эквивалентные значения «комплексных коэффициентов отражения» всей камеры с установленным в ней калибровочным объектом. Затем, используя модель МИЛ (2), и алгоритм, описанный выше, уточняются расстояния до датчиков МИЛ. Ключевым моментом является то, что при получении измеряемых данных используются «истинные» значения неизвестных на практике параметров, подставляя их в (5) и (2), а при калибровке истинные значения параметров считаются неизвестными и подлежат оцениванию.

ДА

>-

АЛ

Ь*___АЛЛ 1_

СПЗГна основ*ДПР

Усилим ль I и« Л6В Нагграадснный

' отгетгахбльиъЮдБ

1

<3-

"X®

ДПР

(Калибровочная!

I цепь

<з

( Псюмочатепь ЙМТ"■)

—--4- "

пор! I порт 2

Векторный вольтметр

кПАг~

отАП

СПИ на основе КМР

-«н

КМР

Д1 мил Дн МР ДН.! Д2Н

псд

б

- квадратурный гибридный раэветвитель СН - согласованная нагрузка Г- СВЧ генератор, ПОД - плата сбора данных ПА - передающая антенна АП - антенна-приемник У - усилитель

Рис. 4. Схема установки для построения разнесенных изображений а) с измерительной частью на основе ДПР; б) на основе КМР

После получения уточненных значений расстояния, а также ККО исследуемого объекта, переходят к калибровке второй части КМР, которая соответствует обычному МР, используя уравнение (1).

Проведено моделирование двух типов объектов: металлический цилиндр и четыре расположенных в разных точках линейных отражателя. Угол обзора при исследовании цилиндра изменяется в пределах от 0 до 360° для 60 различных положений. Для линейных отражателей угол менялся в пределах от 0 до 90° для 50 различных положений.

На рис. 5 приводятся параметры объектов, данные, измеренные в частотной области и восстановленные изображения. Видно, что в случае использования КМР, изображения получаются более четкими. Полученные результаты показывают, что алгоритм может быть успешно применен как при оценивании линейных и нелинейных моделей, так и моделей смешанного типа.

6 в г

Рис. 5. Сравнение результатов моделирования: а) параметры объектов; б) восстановленные изображения в схеме без КМР; в) данные из частотной области, полученные при моделировании схемы на основе КМР; г) изображения, восстановленные по частотным данным, полученные с использованием схемы на основе КМР

В третьей главе описан СПИ, используемый в качестве измерителя расстояния до плоской поверхности, в основе которого применяется КМР. Задача возникла из-за существенных изменений в технологии изготовления листового металла. Традиционный прокатный стан горячей прокатки заменяется системой пленочного литья, что может обеспечить более высокую точность и стабильность толщины получаемого листа, и значительную экономию энергии. Поэтому при внедрении этой технологии возникла необходимость в разработке системы управления этим процессом, в частности, прецизионного устройства для измерения уровня жидкой стали, удовлетворяющего следующим требованиям: субмиллиметровое разрешение на расстоянии порядка полуметра, надежность и повторяемость измерений, нечувствительность к изменениям температуры и влажности. Этим требованиям удовлетворяет датчик, работающий в СВЧ диапазоне.

Блок-схема разработанной установки показана на рис. 6. В качестве СПИ используется МР, математическая модель которого может быть представлена в виде:

н№=|Да,+ВД|г+^, (6)

где /' - номер датчика (/ = I, N ), к - номер измерения {к = I. К ). В отличие от мо-

дели (1) здесь добавлен аддитивный [пум t,ik.

При решении (6) относительно фаз коэффициента отражения исследуемой

поверхности <р* = arg( ¿>k/«k}= ^у-- к= 1, К , где X - длина волны генератора; dk -

расстояние между поверхностью и рупором в к-ом измерении, определяем оценки всех фь затем — закон изменения координаты dk исследуемой поверхности во времени.

В работе показано, что модель (6) может быть приведена к следующему

виду

\ч\к = К |cos <P¡. = auhn + anhn — i ii , ^ = i,л ■ (7)

\q2k = |sm ^ =as,/iu. + a22h2k

где Лц, h2k- компоненты соответствующих собственных векторов v¡ и v2 матрицы U'U. получаемой из матрицы измерений U = ||«lrt||. соответствующие двум ее максимальным собственным числам; ап, al2, ce2i, ап - неизвестные коэффициенты разложения.

_ Вент. С"'^'1"

Рис. б.. Структурная схема нового датчика положения, __ СПИ

состоящего из входного каскада радиолокатора и систе- "" ^

мы сбора к обработки данных. ГУН - генератор, управляемый напряжением, d - расстояние до исследуемой поверхности, ПК - персональный компьютер, СПИ -СВЧ-преобразователь информации, на основе КМР, i t

Вент. - вентиль. г

) T

ÜÜJ

резервуар

Для оценивания коэффициентов а,у используется модификация традиционного метода калибровки, основанного на разложении матрицы измерений по сингу лярным числам. Этот статистический метод, основан на априорном предположении о знании закона распределения фаз <рк вибрирующей поверхности при большом 10000. Вначале этим коэффициентам присваиваются произвольные значения (например, аи = а22 - 1 11 a\i - аг\ =0), из (7) находятся оценки фаз, и формируется их гистограмма, характеризующая распределение фаз. Далее, это распределение сравнивается с известным, предполагаемым априори. На основе этого вычисляются поправочные множители, корректирующие величины ац, «п. £*п. <%>. а затем окончательно определяются оценки фаз и закон изменения координаты поверхности во времени. Таким образом, предлагаемый измеритель автоматически калибруется при каждом измерении, что обеспечивает существенные преимущества по сравнению с известными бесконтактными СВЧ измерителями координат.

Для повышения точности измерений предложена методика уточнения длины волны Я генератора, т.к. точность измерения координат clt непосредственно зависит от этого параметра. Идея метода заключается в использовании разработанного в главе 2 алгоритма полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора оцениваемых параметров. Подробно методика описана в главе 3 (раздел 3.3) диссертации. При этом предполагается, что в течение периода уточнения в 20 мс частота генератора остается постоянной.

I i

Метрологические характеристики разработанного бесконтактного измерителя координат, применяемого для измерения уровня жидкой стали в резервуаре, проверены имитационным моделированием на основе разработанного комплекса программ. В начале задавался закон изменения положения тестируемой поверхности, который преобразовывался в закон изменения фазы коэффициента отражения сигнала от рассматриваемой поверхности, а далее - в напряжения на выходе датчиков МР. После этого к полученным значениям напряжений добавлялся аддитивный шум. По зашумлённым дискретным сигналам с датчиков рефлектометра проводилось оценивание закона изменения координаты поверхности. Сравнивались два метода измерения: предложенный и известный из работы коллектива авторов под руководством А. Штельцера. Типичные результаты показаны на рис. 7, из которого видно, что использование оптимальных статистических методов обработки сигналов с датчиков МР позволило примерно на порядок повысить точность измерения без применения дорогостоящего оборудования (прецизионного частотомера и набора калибровочных нагрузок для МР).

-1СС

!

Л

\ г4* \ ; / ч^ л

1 / 1

V /

V

7 <10 750 751 7Е2 Расстояние до и Ни кит и (мм)

7-13 750 751 752 Рассюянне 41» плоскости (мм)

Рис. 7. Фаза (р и ошибка фазы А<р коэффициента отражения как функция расстояния до исследуемой поверхности. 1° соответствует 0,012 мм. Сплошная линия: измеренная фаза, штрихованная - погрешность измерения фазы. Левый график - результаты оценивания методом А. Штельцера, правый - предлагаемым методом

Таким образом, проведённое численное моделирование показало высокую эффективность предлагаемого измерителя, что позволяет рекомендовать его к применению при внедрении системы управления процессом получения листового металла.

В четвёртой главе описаны методы применения КМР в радиолокационных системах. СПИ на основе КМР используется в качестве волнового коррелятора, то есть, для измерения соотношения двух сигналов, подаваемых на его входные порты (рис. 8). Разработан алгоритм калибровки многополюсника, используемого в качестве волнового коррелятора.

Калибровка КМР осуществляется по подвижному фазовращателю, коэффициент отражения которого известен с погрешностью. Для этого используется процедура, аналогичная ранее описанной. Вначале подвижный фазовращатель устанавливается последовательно в М положений, и для каждого из них измеряются все сигналы с датчиков КМР. Затем производится калибровка МИЛ-части КМР с одновременным определением комплексных соотношений между двумя сигналами, поступающими на входы КМР \У■ = а, ./я, • (;' = 1, м). Существенно,

что модули этих соотношений не предполагаются постоянными в течение процесса калибровки, что позволяет исключить возникающие систематические по-

грешности. Далее калибруется вторая часть КМР по известным значениям В этом случае модифицируется процедура уточнения расстояний до датчиков МИЛ, при этом её идея основана на алгоритме оценивания из главы 2.

Далее кратко опишем методику применения волнового коррелятора на основе

КМР.

В приложении КМР к определению угла прихода сигнала (рис. 8) в системе управления передающей антенной, она медленно изменяет положение в «вертикальной» плоскости, совершая 500 дискретных смещений на расстоянии в I метр. Её сигнал принимается двумя неподвижными приемными антеннами, разнесенными друг относительно друга на расстояние Ь = 0,24 метра. Получено выражение для угла прихода сигнала в антенную систему при условии приёма в дальнем радиусе передающей антенны <1 > 2Я'//с (с - скорость света, а значения остальных параметров приведены на рис. 8):

Р = агсБШ

св\

. (с-аг°\У ■ агс51П -2—

I Ш

где IV- комплексное отношение сигналов, полученных двумя приемниками.

' пита

—Г5-1-«- а.

пел п

—1_Е_Н

Рис. 8. Блок-схема экспериментальной установки для измерения уг лового положения излучающего

объекта. Слева: БЭК— безэховая камера, КПА - контроллер подъемника антенны, МР -многополюсный рефлектометр, ПСД-плата сбора данных, О - СВЧ детекторы (НР85025О). Справа - упрощенная схема: Г - генератор, СПИ - СВЧ-преобразователь информации

8в

В качестве иллюстрации преимуществ метода КМР по сравнению с ДПР приводятся результаты моделирования. На рис. 9 представлены зависимости относительной погрешности измерения разности фаз у методов с ДПР и КМР от числа положений фазовращателя, используемых при калибровке, которые показывают, что метод КМР существенно меньше зависит от систематических ошибок калибровки.

13

1Ш мо эдн 1--

Рис. 9. Зависимость относительной погрешности измерения разности фаз от числа положений фазовращателя М

Вторым приложением волнового коррелятора является доплеровский радар для измерения скорости объектов. Его схема на основе ДПР приведена на рис. 10, а предлагаемая в работе отличается от приведённой заменой ДПР на КМР и скалярного анализатора цепей на плату сбора данных, что существенно упрощает конструкцию измерителя в целом. Вычисление скорости объекта про-

с (1{а^иО

изводится по формуле V =--—-.

4 л/' А

Моделирование показываег, что при измерении достаточно больших скоростей (порядка десятков м/с) методы КМР и ДПР имеют сравнимые по точности результаты. Однако для малых скоростей (~ 1 мм/с и менее) это соотношение существенно изменяется. На рис. 11 приводятся результаты измерения разности фаз между

принятым и зондирующим сигналами методом ДПР для значений скорости 0,2; 0,5 и 1,0 мм/с. Частота сигнала составляет 10 ГГц и известна с погрешностью 1%. Схема на основе ДПР весьма чувствительна к отклонениям частоты генератора от её основного значения.

Для снижения

влияния погрешностей частоты в мегоде КМР производится её периодическое уточнение способом, изложенным в главе 3 диссертации. Аналогичные результаты для схемы с КМР показаны на рис. 12. Видно, что точность единичных измерений скорости в схеме с КМР существенно выше, чем в схеме с ДПР, т.о. уменьшаем ошибки, повышаем точность и быстродействие радара в несколько раз, что обеспечивает значительные преимущества при его использовании в системах управления.

Рис. 11. Измеренные ДПР единичные Рис. 12. Измеренные КМР единичные

значения скорости объекта на частоте 10 ГГц значения скорости объекта на частоте 10 ГГц В заключении подведены итоги проведенного исследования, сформулированы основные выводы и обобщены рекомендации по повышению точности СПИ на основе КМР, а также упрощение их конструкций на основе алгоритмов

Генератор Ш'8350В

Направленный ^'отоетыитель 13дБ

Датчики Й5015ВХ 2 _ 850251) х 2 ~

ДПР

_ САЦ

N

ПК | ....... > НР8757С НР8757П

К

подвижная платформа

двигатель

О

управление

Рис. 10. Схема доплеровского радара на основе ДПР: ПК - компьютер; САЦ - скалярный анализатор цепей

более точной их калибровки и применения оптимальных статистических методов обработки измерительной информации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Обоснована актуальность применения комбинированных многополюсных рефлектометров в качестве СПИ для систем управления в различных приложениях. Создан универсальный СПИ, который основан на многополюсном рефлектометре и использует его в качестве преобразователя сигналов. Это позволило существенно повысить точность измерения, а также снизить себестоимость измерителей, сконструированных на его основе.

2. Предложен новый алгоритм оценивания, на основе которого производится уточнение расстояний от плоскости подсоединения исследуемой СВЧ цепи до датчиков многозондовой измерительной линии.

3. Разработан новый алгоритм калибровки комбинированного многополюсного рефлектометра, использующий уточнение расстояний от плоскости подсоединения измеряемого объекта до датчиков многозондовой измерительной линии, а также уточнение длины волны сигнала в тракте. Вычисление производится в результате оценивания на основе полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора неизвестных параметров. Это позволило снизить основные систематические ошибки калибровки рефлектометра.

4. Построены оптимальные алгоритмы обработки данных с выходов многополюсника, которые позволили получить эффективные оценки вычисляемых пара-. метров при его применении в различных технических приложениях: а) системе построения разнесённых СВЧ изображений; б) измерителе расстояния до плоской поверхности; в) измерителе угла прихода радиолокационного сигнала; г) доплеровском радаре измерения скорости объекта.

5. Создан комплекс программ для независимого оценивания параметров модели, измерения с использованием комбинированного многополюсного рефлектометра и его калибровки, а также для моделирования работы указанных измерителей.

Публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Львов П.А. Использование комбинированного многополюсного рефлектометра и доплеровском радаре и системе разнесенного СВЧ-изображения / П.А. Львов, A.A. Большаков // Системы управления и информационные технологии. 2009. 3(37). С. 72 - 76.

2. Львов П.А. Расчет коэффициента отражения генератора методом двенадцати полюсного рефлектометра / П.А. Львов, О.В. Колесникова // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. №4(43). Вып. 2. С. 68 - 72.

3. Львов П.А. Применение многополюсных рефлектометров специального вида для решения ряда прикладных задач / П.А. Львов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. №2(45). Вып. 1. С. 181 -193.

Публикации в других изданиях

4. Львов П.А. Применение комбинированного многополюсника для измерения сверхмалых скоростей / П.А. Львов. В.В. Смирнов // ММТТ-19: сб. трудов Междунар. науч. конф. Воронеж, 2006. Т. 8. С. 128 - 131.

5. Львов П.А. Статистический метод решения нелинейных уравнении многополюсных рефлектометров и его применение для измерения расстояния до поверхности / П.А. Львов // Сборник докладов Академии военных наук. Сер.Аналитическая механика. Аиатитическая теория автоматического управления / АВН. Поволжское отделение. 2007. № 1. С. 58 - 71.

J5

р-9 О 35

6. Львов П.А. Бесконтактный измеритель координат на основе многополюсиого рефлектометра / П.А. Львов, Г.Э. Филиппов // ММТТ-20: сб. трудов Междунар. науч. конф. Ярославль, 2007. Т. 7. С. 56 - 59.

7. Львов П.А. Измерение влажности газа дифференциальным методом / П.А. Львов, Г.Э. Филиппов // ММТТ-20: сб. трудов Междунар. науч. конф. Ростов н/Д.. 2007. Т. 10. С. 282 - 284.

8. Львов П.А. Оценивание параметров аддитивной смеси гармонических сигналов с неизвестными частотами / П.А. Львов, А.А, Большаков, В.В. Смирнов // Радиотехника и связь: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2007. С. 246 - 252.

9. Львов П.А. Новый метод измерения влажности газа / Г.Э. Филиппов, П.А. Львов // Радиотехника и связь: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2007. С. 253 - 259.

10. Львов П.А. Калибровка комбинированного многополюсного рефлектометра по подвижной согласованной нагрузке / П.А. Львов, К.В. Семенов // ММТТ-21: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов, 2008. Т. 8. С. 111 - 115.

11. Львов П.А. Разработка портативного СВЧ-измернтеля соотношения вода/цемент в строительных растворах / П.А. Львов // MMTT-2Í: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов, 2008. Т. 8. С. 109 - 111.

12. Lvov P.A. Applications of combined multiporl reflectometer to diversity imaging / P.A. Lvov // Proceedings of International Conference APEDE. Saratov, 200K. P. 514 - 519.

13. Lvov P.A. Usage of multiport reflectometer in the construction of Doppler radar systems for measuring very low velocities / P.A. Lvov // Proceedings of International Conference APEDE. Saratov, 2008. P. 519 - 523.

14. Львов П.А. Об одном методе решения задачи идентификации / П.А. Львов // Проблемы управления, передачи и обработки информации: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов: СГТУ, 2009. С. 83 - 85.

15. Львов П.А. Полигауссовская аппроксимация области изменения параметров модели для решения задачи идентификации / П.А. Львов, О.В. Колесникова // Проблемы управления, передачи и обработки информации: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов: СГТУ, 2009. С. 85 - 89.

16. Львов П.А. Автоматический анализатор цепей на основе двенадцатиполюсного рефлектометра / О.В. Колесникова, П.А. Львов // Проблемы управления, передачи и обработки информации: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов: СГТУ, 2009. С. 193 - 195.

17. Львов П.А. Использование комбинированного многополюсного рефлекгомегра в качестве волнового коррелятора / О.В. Колесникова, П.А. Львов // Проблемы управления, передачи и обработки информации: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов: СГТУ, 2009. С. 195 - 198.

18. Львов П.А. Использование комбинированного многополюсного рефлектометра для измерения влажности цемента / О.В. Колесникова, П.А. Львов // ММТТ-23: сб. трудов Междунар. науч. конф. Саратов, 2010. Т. 7. С. 110 - 113.

Подписано в печать 12.04.11 Формат 60x84 I/

Бум. офсет. Усл. печ. л. 0,93 (1.0) Уч.-изд. л. 0,9

Тираж 100 экз. Заказ 61 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

2010178535

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор устройств и методик измерения, основанных на векторных анализаторах СВЧ-цепей.

1.1. Специфика и предмет СВЧ-измерений.

1.1.1. Методики измерения с помощью векторного вольтметра.

1.1.2. Анализаторы на основе многополюсного рефлектометра.

1.1.3. Анализаторы на основе многозондовой измерительной линии и комбинированный многополюсный рефлектометр.

1.1.4. Обзор методов идентификации и оценивания.

1.2. Компьютерное моделирование.

1.3. Цели и задачи диссертационного исследования.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка алгоритма решения задачи идентификации на основе полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора оцениваемых параметров.

2.1. Теоретические основы алгоритма.

2.2. Описание структурной схемы и механизма работы алгоритма.

2.2.1. Используемые алгоритмом данные.

2.2.2. Механизм работы алгоритма.

2.3. Примеры, иллюстрирующие работу алгоритма.

2.3.1. Оценивание амплитуды 'и'фазы синусоидального сигнала с заданной частотой.

2.3.2. Оценивание параметров модели движения ракеты при входе в атмосферу.

2.3.3. Построение разнесенных СВЧ изображений проводящих объектов с помощью комбинированного многополюсного рефлектометра.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Применение комбинированного многополюсного рефлектометра в задаче определения расстояния до плоской поверхности.

3.1. Описание предложенной конструкции датчика для определения расстояний до плоской поверхности.^.71.

3.2. Описание статистического метода решения системы нелинейных уравнений многополюсника.

3.3. Достоинства измерителя, созданного на основе этого алгоритма.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Применение многополюсного рефлектометра в задачах радиолокации.

4.1. Калибровка схемы волнового коррелятора для применения в локационных системах с фазированными решетками.

4.2. Построение волнового коррёлетора на основе комбирнированного многополюсника

4.3. Разработка СВЧ датчика углового положения на основе комбинированного многополюсного рефлектометра.'.

4.4. Применение комбинированного многополюсного рефлектометра в системе с доплеровским радаром для измерения скоростей.

Выводы по главе 4.

Развитие связи, военной и космической техники, решение многих прикладных задач биологии опираются на точные измерения электромагнитных величин [1,2]. Как известно, качество функционирования систем, работающих на СВЧ, во многом зависит от точности их прецизионной настройки, которая невозможна без наличия соответствующей высокоточной измерительной аппаратуры, поэтому дальнейший прогресс в СВЧ технике неразрывно связан с созданием новых прецизионных автоматических измерительных систем. В настоящее время точность существующих анализаторов цепей СВЧ диапазона во многом достигается за счет использования прецизионных дорогостоящих аппаратуры и СВЧ компонент, которые за последнее время практически достигли совершенства [4]. Поэтому, следуя общей тенденции развития современной измерительной техники, следующий шаг на пути повышения точности СВЧ измерений можно сделать только за счет разработки принципиально новых методов измерения, основанных на обработке измерительной информации на компьютере.

Поэтому проблема создания серийно выпускаемых высокоточных автоматических анализаторов СВЧ диапазона весьма актуальна. Кроме того, требования современного рынка диктуют необходимость максимально возможного снижения стоимости данных систем, что особенно важно для отечественной измерительной науки и техники.

При работе любой измерительной системы на её входы поступают искаженные случайными помехами сигналы, содержащие некоторую информацию, которая имеет таким образом случайный характер. Для обеспечения выполнения системой её функций или решений осуществляется обработка полученной информации.

В этом смысле оказалась очень полезной конструктивная теория точности измерительных систем, обесценивающая получение эффективных алгоритмов обработки информации, повышение достоверности эксперимента [127]. Важную роль в теории точности измерительных систем сыграло осознание органической связи этой теории с теорией оптимальных систем (то есть систем, обеспечивающих достижение экстремума заданного критерия качества, например, минимума погрешности при наличии ограничений) как в общем плане, так и применительно к некоторым приложениям (например, теория информации, идентификация, планирование эксперимента [112,147]).

В основе любой теории находится модель объекта, с обоснования которой начинается рассмотрение в т. ч. проблем теории информации, теории связи и теории оптимальной фильтрации [125]. Не составляет в этом отношении исключения и теория точности измерительных систем, объектом изучения которой является процесс измерения (измерительный эксперимент). Исходная модель теории точности измерительных систем должна, с одной стороны, учитывать достаточно полную совокупность факторов, оказывающих влияние на процесс измерения, и их взаимодействие, с другой стороны, допускать её описание с помощью адекватного математического аппарата. Более того, она является одним из разделов кибернетики, поэтому эта теория имеет органическую связь с разделами кибернетики, которые посвящены вопросам получения, преобразования и обработки информации [128]. Математическим аппаратом, адекватным задачам теории точности, служат, в первую очередь, теория множеств и

I ' М1Ин » ' функциональный анализ, а также теория случайных процессов и математическая статистика.

К сожалению, в области измерений на СВЧ эта теория пока не нашла должного развития. Это, прежде всего, связано с тем, что метрологи на СВЧ недооценивают роль оптимальной обработки измерительной информации, а стремятся достичь высокой точности измерений за счет выбора адекватной модели системы измеритель - измеряемый объект совершенствованием конструкций измерителей и выбора более совершенных компонентов у используемых соединительных СВЧ трактов. Дороговизна получающихся измерителей не позволяет использование избыточного числа измерительных каналов, что является серьезным дополнительным препятствием для применения оптимальных методов обработки сигналов с датчиков.

Характерной особенностью современных автоматических СВЧ анализаторов является обязательное наличие высокопроизводительного компьютера, который может быть универсальным или специализированным. Это позволяет увеличить число измерительных каналов у установки, практически не требуя дополнительных затрат времени для обработки измерительной информации. Созданную таким образом искусственную информационную избыточность можно использовать для повышения точности измерений, применения новых оригинальных методов калибровки СВЧ измерителей и организации более удобного управления процессом измерений.

В настоящее время для автоматического прецизионного измерения частотных характеристик пассивных СВЧ цепей, как правило, применяется хорошо известный метод векторного вольтметра. Этот метод измерения использует дорогостоящее СВЧ оборудование, ориентировочная стоимость которого составляет 50-;-100 тысяч долларов США. Это ведет к ограниченному использованию автоматических анализаторов СВЧ цепей на основе векторного вольтметра в областях применения СВЧ измерений. В 1972 году Г. Энген и К. Хоэр предложили метод измерения на основе многополюсного рефлектометра как альтернативный методу векторного вольтметра. Автоматические анализаторы СВЧ цепей, основанные на многополюсном рефлектометре, по замыслу авторов более просты и дешевы в изготовлении. Однако они не нашли широкого применения из-за сложности процедуры калибровки и отсутствия у большинства пользователей нагрузок с точно известными параметрами в широком диапазоне частот измерения, которые необходимо использовать при проведении последней. Созданные в настоящее время различные установки автоматических анализаторов СВЧ цепей, основанные на многополюсном рефлектометре, имеют уникальный характер и используются в нескольких метрологических лабораториях, оснащенных прецизионными эталонами.

Метод комбинированного многополюсника, развитый в последнее время-A.A. Львовым, A.A. Моржаковым и К.В. Семеновым обладает простотой технической реализации и, как следствие, низкой себестоимостью. Основным достоинством комбинированного многополюсного рефлектометра (КМР) является возможность калибровки измерительной системы без использования образцовых мер отражения и оптимизации ее параметров. Однако автоматические анализаторы СВЧ цепей, основанные на методе КМР, не в полной мере избавлены от недостатков. В части КМР, называемой многозондовой измерительной линией используются зонды, слабо связанные с полем. Это приводит к снижению точности измерения из-за малого отношения сигнал/шум на выходе детекторов зондов. Кроме этого, точность калибровки многозондовой измерительной линии напрямую зависит от точности знания расстояния от исследуемой нагрузки до датчиков линии, что является дополнительным источником систематических погрешностей оценивания исследуемых параметров.

Данная работа посвящена повышению точности измерения параметров пассивных СВЧ устройств путём оптимизации нелинейных стохастических моделей автоматических анализаторов СВЧ цепей в соответствии с предписанием метода максимального правдоподобия, разработка на их основе и на основе оптимальных методов обработки измерительной информации СВЧ-преобразователя информации (СПИ) на базе комбинированного многополюсного рефлектометра. Кроме того, в работе разрабатываются алгоритмы его калибровки при условии отсутствия точных дорогостоящих мер отражения; создаются комплексы программ математического обеспечения: а) имитирующие процессы измерения параметров пассивных СВЧ устройств и калибровки автоматических анализаторов СВЧ цепей; б) реализующие вышеуказанные методы калибровки и входящие в состав измерительных систем.

Введенный термин СВЧ-преобразователь информации - это многополюсник с подключенными к нему датчиками. Обозначение подразумевает, что в данном устройстве происходит преобразование СВЧ-измерительной информации в электрические сигналы, используемые для дальнейшей обработки. Далее в тексте сам термин «СПИ» будет употребляться на ряду с терминами анализатор, датчик, измеритель, и т. д.

Целью научных исследований является повышение точности калибровки, а также удешевление конструкции СПИ на основе многополюсных рефлектометров за счет применения оптимальных статистических методов и алгоритмов, цифровой обработки получаемой информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Провести анализ существующих СПИ, основанных на многополюсных рефлектометрах, в условиях случайных внешних воздействий и выявить основные недостатки, препятствующие достижению высокой точности измерений.

2. Разработать методы и алгоритмы калибровки комбинированных много

11 полюсных рефлектометров на основе полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора оцениваемых расстояний от плоскости подсоединения исследуемой СВЧ-цепи до датчиков многозондовой измерительной линии (МИЛ).

3. Модернизировать существующие автоматические СПИ на основе многополюсного рефлектометра использованием комбинированного многополюсника, что позволит значительно повысить их точность и технологичность, а также существенно удешевить конструкции приборов.

4. Разработать новые алгоритмы оценки коэффициентов передачи комбинированного многополюсника и неизвестных характеристик исследуемого объекта управления на основе применения оптимальных методов определения параметров в различных технических приложениях.

5. Создать пакеты прикладных программ, реализующих разработанные методы и алгоритмы, и провести имитационное моделирование для оценки эксплуатационных характеристик предлагаемых анализаторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан универсальный СПИ, основанный на многополюсном рефлектометре, отличающийся использованием в качестве преобразователя сигналов комбинированного многополюсника, что позволяет существенно повысить его точность и снизить себестоимость.

2. Разработан новый алгоритм калибровки комбинированного многополюсного рефлектометра, отличительной особенностью которого является уточнение расстояний от плоскости подсоединения измеряемого объекта до датчиков многозондовой линии и длины волны в тракте многополюсника на основе оценивания с использованием полигауссовской аппроксимации априорной плотности вероятности вектора неизвестных параметров, что позволило снизить основные систематические ошибки калибровки рефлектометра.

3. Построены оптимальные алгоритмы обработки данных с выходов многополюсника, позволяющие получать эффективные оценки определяемых параметров при его применении в различных технических приложениях: а) в системе построения разнесённых СВЧ изображений; б) в измерителе расстояния до плоской поверхности; в) в измерителе угла прихода радиолокационного сигнала; г) в доплеровском радаре измерения скорости объекта.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что применение комбинированного многополюсного рефлектометра позволяет модернизировать известные конструкции СВЧ измерителей, при этом существенно упрощается их в изготовление и повышается точность измерения оптимизацией процедур измерения и калибровки. На основе предложенного метода повышения точности СВЧ измерителей разработаны принципиально новые анализаторы, которые могут быть откалиброваны по набору неизвестных нагрузок. Предложенные алгоритмы реализованы в виде программ математического обеспечения соответствующих измерителей, которое может быть использовано

И пм |м > » ♦ » при создании макетных образцов.

Реализация результатов. Полученные в работе теоретические результаты использовались при разработке алгоритмического и программного обеспечения для системы определения угла прихода телевизионного сигнала в Саратовском областном радиотелевизионном передающем центре и при создании программного комплекса, предназначенного для проведения лабораторных работ и внедренного в учебный процесс на кафедре «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского ГТУ, что подтверждено соответствующими; актами:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Выводы по главе 4

В данной главе исследованы возможности применения КМР в задачах из области радиолокации, одна из которых - определение угла прихода сигнала, а другая - вычисление скорости объекта методом на основе эффекта Доплера. При этом показано, что при решении подобных задач на практике возможно идти двумя способами: первый состоит в улучшении качества измерительного оборудования, второй - в улучшении качества обработки измеренной инфор

112 мации. В рассматриваемом случае второй путь дает лучшие результаты, нежели первый. Помимо этого, необходимо выделить следующие основные результаты проведенных исследований.

1. Исследованы методы калибровки ДПР, применяемые для решения задач радиолокации. В ходе этих исследований выявлены основные недостатки этих методов, а именно, проведение нелинейных операций с измерительной информацией, нарушающее статистические характеристики входящих в ее состав случайных ошибок, а таюке неоптимальные методы последующей обработки этой информации.

2. Предложена схема волнового коррелятора, в которой применяется СПИ на основе комбинированного МР, а таюке новые алгоритмы его калибровки и измерения с его помощью в системе для измерения угла прихода сигнала в радарную систему. На основе применения этих алгоритмов удается не только повысить точность измерений в целом, но сделать ее зависящей от частоты выборки измерительной информации, что было ранее не возможно из-за применения численного интегрирования. Кроме того, процессы калибровки и измерений с помощью этих алгоритмов можно производить параллельно, а не последовательно.

3. Предложена схема доплеровского радара на основе КМР. Алгоритм ее калибровки аналогичен соответствующему для волнового коррелятора, а в процесс измерений добавлена процедура уточнения частоты, производимая в процессе измерений. Она позволяет избавиться от зависимости точности измерения скорости от колебаний частоты генератора. При этом быстродействие радара повышается с 1 измерения в 144 секунды до 1 измерения за 10 или 5 секунд при измерении очень малых скоростей. Фактически оказывается, что алгоритм позволяет с не худшей, чем ранее, точностью производить одиночные измерения скорости практически мгновенно.

4. Предложенные алгоритмы реализованы в виде программного комплекса, который имеет объектную структуру, и может быть легко настроен под решение любых аналогичных задач.

Заключение

Как отмечал Г.Ф. Энген [1], основное влияние на СВЧ-метрологию будет оказывать развивающаяся цифровая техника и с большой вероятностью "вместо больших универсальных автоматических систем появятся небольшие специальные системы, предназначенные для решения более узкого круга задач. В этих и связанных приложениях основная роль отводится двенадцатиполюсни-ку." С момента написания этой работы прошло 30 лет, и этот прогноз не оправдывается. Хотя метод МР активно разрабатывается в ряде стран, и во многих работах отмечаются хорошие результаты, до сих пор он не применяется в серийно выпускаемых устройствах. Универсальные векторные анализаторы цепей, наоборот, имеют достаточно, высокую популярность. Несмотря на их высокую стоимость, налажен серийный выпуск. Это объясняется тем, что в ведущих лабораториях для калибровки измерительных систем на основе МР используются прецизионные нагрузки, позволяющие снизить систематические погрешности до желаемого уровня. Для серийно выпускаемых устройств такую калибровку осуществить невозможно. Кроме того, для обеспечения конкурентоспособной точности измерителей на основе МР при неэффективных методах их калибровки, приходится прибегать к использованию прецизионных СВЧ-компонентов. Это существенно повышает стоимость измерителей и делает ее сравнимой с измерителем на основе ВВ. Если добавить к этому сложности с процедурой их калибровки и настройки под нужное приложение, то становится очевиден выбор в пользу универсальных анализаторов.

С появлением метода МИЛ, которая не требует образцовых мер для калибровки, наметилась перспектива дальнейшего развития рефлектометрии. Особенно полезным оказывается использование МИЛ совместно с МР традиционной конструкции. Такой измеритель обладает высокой точностью, превышающей аналогичные показатели векторного вольтметра, а также высокой степенью автоматизации процессов калибровки и измерения. Существенный вклад в развитие методики использования комбинированного многополюсного рефлектометра внесли исследователи саратовской школы. Ими разработан ряд эффективных методов, предназначенных для калибровки и измерения с помощью этого устройства. Однако при попытке прямого переноса этих методов на практические приложения обнаружено, что получаемые результаты существенно хуже, чем ожидалось. Причины такого поведения измерителей выявлены в данной диссертации. На основе их исследования предложен ряд алгоритмов, позволяющих улучшить характеристики указанных измерителей. Применение этих алгоритмов повышает точность измерений, а также снижает стоимость решений по сравнению с существующими аналогами. Основные результаты, полученные в ходе работы, приводятся ниже.

• Разработан новый алгоритм оценки коэффициентов нелинейной модели КМР, позволяющий повысить точность калибровки КМР. Этот алгоритм основан на полигауссовской аппроксимации априорной области изменения неизвестных параметров модели. Он использует более общие методы линеаризации модели исследуемой системы, поэтому позволяет сделать ее более гибкой, способной включать в себя ряд новых параметров, которые ранее не могли быть включены в модели КМР. Так, например, с помощью алгоритма оценивания молено уточнить расстояния от исследуемой нагрузки до датчиков МИЛ и уточнить длину волны (или частоту) СВЧ-генератора.

• С использованием этого алгоритма разработан универсальный СПИ на основе КМР, который используется в конструкциях более точных по сравнению с аналогами измерителей: о доплеровский радар, ориентировочная стоимость которого в 2 раза ниже известных аналогов, а скорость измерения за счет увеличения точности повышена в 10 раз; о измеритель координат, стоимость которого в 20 раз ниже известного аналога на основе ДПР, а точность выше на порядок; о измеритель угла прихода сигнала, стоимость которого снижена в 2-3 раза; о система построения СВЧ изображений имеет меньшую стоимость и достигает более высокой четкости (уменьшает краевое размытие) изображения.

• Для проверки работоспособности предложенных методов разработан комплекс программ математического моделирования процессов калибровки и измерений с помощью СПИ на основе КМР, использующий вышеуказанные алгоритмы. Этот комплекс реализован в виде объектной структуры, которая может быть достаточно быстро перестроена под нужды конкретного приложения, используя механизм наследования, реализованный в языке программирования С++.

Ряд результатов, полученных в работе, были использованы при разработке программного комплекса, предназначенного для определения угла прихода телевизионного сигнала в Саратовском ОРТПЦ Российской телевизионной и радиовещательной сети. Кроме того, результаты работы использовались при проведении лабораторных работ и внедрены в учебный процесс на кафедре ТКИ СГТУ, а также используются в некоторых лекционных курсах («Метрология и электрические измерения», «Датчики систем управления» и др.), читаемых студентам специальности 220201.

1. Энген Г.Ф. Успехи в области СВЧ измерений // ТИИЭР, т. 66, № 4,1978. - С. 8-20.

2. Феллерс Р.Г. Измерения на миллиметровых и микрометровых волнах // ТИИЭР, Т. 74,1986. № 1. - С. 42-44.

3. Рейзенкинд Я.А., Следков В.А. Состояние и перспективы развития методов измерения параметров двухполюсников и четырехполюсников на СВЧ // Зарубежная радиоэлектроника, № 8,1988 С. 30-60.

4. Юрку с А.П., Штумпер У. Национальные эталоны импеданса и коэффициента отражения // ТИИЭР, т. 74, № 1, 1986. С. 46-52.

5. Байер X., Уорнер Ф.Л., Йелл Р.У. Национальные эталоны в области измерений ослабления и отношения уровней сигналов // ТИИЭР, 1986. № 1. - С. 53-68.

6. Адам С.Ф. Автоматические измерения в СВЧ цепях // ТИИЭР, т. 66, № 4, 1978.-С. 20-28.

7. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. -М.: Радио и связь, 1987. 432 с. • •

8. Джудиш P.M. Контроль качества измерений, как средство обеспечения достоверности измерений // ТИИЭР, Т. 74,1986. -№ 1. С. 27-29.

9. R.F. Clark. Absolute Calibration of Microwave Attenuation Measurement System // IEEE Transactions of Instrumentation and Measurement. Vol. IM-2S, June 1976.-pp. 126-128.

10. R.A. Hackborn. An Automatic Network Analyzer System // Microwave J. Vol. 11, 1968. - pp.53-57.

11. D. Rytting. An Analysis of Vector Measurement Accuracy Enhancement Techniques // Hewlett-Packard Co., Santa Rosa, CA, 1984.

12. R. Bathiany. Vector Network Analyzer Views 0.5 to 40 GHz // Microwaves, Vol. 26, pp.147-156, Apr. 1987.

13. F. L. Warner. Microwave Network Analysers // In IEE Vacation School Lecture Notes on RF Electrical Measurement. London, Inst. Elec. Eng. 1979, pp. 21/1-21/29.

14. R.F. Bauer and P. Penfield Jr. De-embedding and Un-terminating // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-22,1974, pp. 282-288.

15. S. Rehnmark. On the Calibration Process of Automatic Network Analyzer Systems // IEEE Trans. Microwave Theory.Tech. Vol. MTT-22,1974, pp. 457-458.

16. B.P. Hand. Developing Accuracy Specifications for Automatic Network Analyzer Systems // Hewlett-Packard Journal. Vol. 21. Feb. 1970, pp. 16-19.

17. N.R. Franzen and R.A. Speciale. A New Procedure for System Calibration and Error Removal in Automated S-parameter Measurements // Proc. 5th European Microwave Conf., Hamburg 1975, pp. 69-73.

18. J. Fitzpatrick. Error Models for Systems Measurement // Microwave J., pp. 63-70, May 1978.

19. R. W. Beatty. Automatic Measurement of Network Parameters A Survey // NBS Monograph 151. Washington. DC. June 1976.

20. C.M. Allred and C.H. Manney. The Calibration of Use of Directional Couplers without Standards // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-25, pp. 84-89, Mar. 1976.

21. Network Analysis at Microwave Frequencies // HP Application Note 92.

22. A.P. Jeffrey. Wideband Millimeter-Wave Impedance Measurements // Microwave J., Vol. 26, no. 4, pp. 95-102,1983.

23. Hewlett-Packard Co. Network Analyzer Extends Frequency Coverage to 100 GHz //Microwave Journal, May, 1987, pp. 402-403.

24. A. Ulilir Jr. Correction for Adapters in Microwave Measurements // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-22, pp. 330-332, Jul. 1974.

25. E. Levine and D. Treves. Test Technique Improves Coax-to-Microstrip Transitions // Microwaves RF, pp. 99-102, July 1986.

26. G. F. Engen, C.A. Hoer. Application of an Arbitrary Six-Port Junction to Power Measurement Problems // IEEE Trans, on Instrum. and Meas. Vol. 21. pp. 470474, May, 1972.

27. С A. Hoer. The Six-Port Coupler: A New Approach to Measuring Voltage, Current, Power, Impedance, and Phase // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. ГМ-21, pp. 466-470, Nov. 1972.

28. C. A. Hoer and G. F. Engen. Analysis of a Six-Port Junction for Measuring v, i, a, b, z, Г and Phase // In Proc. IMEKO Symp., Dresden, June 17-23, 1973.

29. E. J. Griffin. Six-Port Reflectometer Circuit Comprising Three Directional Couplers // Electron. Lett. Vol. 18, pp. 491-493, June 1982.

30. Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements // Appl. Note 64-1, Hewlett-Packard, August, 1977.

31. N.T. Larsen. A New Self-Balancing DC-Substitution RF Power Meter // IEEE . Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-25, pp. 343-347, Dec. 1976.

32. R.E. Lafferty. Diode Sensors for the Measurement of True Power // Microwave J., pp. 161-172, Nov. 1987. ,

33. C. A. Hoer, K.C. Roe, and C.M. Allred. Measuring and Minimizing Diode Detector Non-Linearity // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-25, pp. 419-422, Dec. 1976.

34. Weltman. Increase the Range of Crystal Detectors //Microwaves, pp. 86-88, Jan 1979.

35. G. F. Engen The Six-Port Reflectometer: An Alternative Network Analyzer // IEEE Trans, on Microwave Theory Tech. Vol. MTT-25, pp. 1075-1079, Dec. 1977.

36. G. F. Engen A Least Square Solution for Use in the Six-Port Measurement Technique // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. МГТ-28, pp. 1473-1477, Dec. 1980.

37. Латников С. Ю. Измерение комплексных отношений СВЧ сигналов методом калибруемого многополюсника // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. 1984. - Вып. 1(361)- С. 55—58.

38. E.R.B. Hanson and G.P. Riblet. An Ideal Six-Port Network Consisting of a Matched Reciprocal Lossless Five-Port and a Perfect Directional Coupler // IEEE Trans, of Microwave Theory and Tech. Vol. MTT-31, pp. 284-288, Mar. 1983.

39. Латников С.Ю., Степанков M.M. Применение калибруемых многополюсников для измерения комплексных коэффициентов отражения // Электронная техника, Сер. Электроника СВЧ, 1981, вып. 1(325). С. 47-50.

40. С.А. Hoer. Using Six-Port and Eight-Port Junctions to Measure Active and Passive Circuit Parameters //National Bureau of Standards, Tech. Note 673,1975.

41. G.F. Engen. An Improved Circuit for Implementing the Six-Port Technique for Microwave Measurements // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-25, pp. 1080-1083, Dec. 1977.

42. C. F. Luff, P.J. Probert and J.E. Carroll. Real Time Six-Port Reflectometer // Proc. Inst. Elec. Eng. Vol. 131, pt. H, pp. 166-190, June 1984.

43. A. L. Cullen, S. K. Judah and F. Nikravesh. Impedance Measurement Using a 6-port Directional Coupler // Proc. Inst. Elec. Eng. Vol. 127. pt. H, pp. 92-96, Feb. 1980.

44. U. Stumper. New Non-Directional Waveguide Multi-Coupler as Part of a Simple Microwave Six-Port Reflectometer // Electron. Lett. Vol. 18. pp 757-758, Sept 2,1982.

45. F. Labaar. The Exact Solution to the Six-Port Equations // Microwave Journal. -Vol. 9, pp. 219-228, Sep. 1984.

46. G.F. Engen. A (Historical) Review of the Six-Port Measurement Technique // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-45, pp. 2414-2417, Dec. 1997.

47. G. Madonna, A. Ferrero and M. Pirola. Design of a Broadband Multiprobe Reflectometer // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-48, pp. 622-625, Apr. 1999.

48. Никулин C.M., Петров B.B., Салов A.H., Чеботарев B.C. Автоматический анализатор СВЧ цепей // Электронная промышленность, 1982, № 4, С. 45.

49. Никулин С.М., Петров В.В., Салов А.Н., Чеботарев B.C. Автоматический измеритель волновых параметров рассеяния элементов и устройств СВЧ диапазона // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, вып. 9(357), 1983. С. 42-45.

50. Кабанов Д.А., Никулин С.М., Петров В.В., Салов А.Н. Опыт разработки автоматических анализаторов СВЧ цепей с 12-полюсными рефлектометрами //Измерительная техника, № 10,1985. С. 38-40.

51. Никулин С.М., Салов А.Н. Применение двенадцатипошосных рефлектометров в технике СВЧ измерений // Радиотехника, № 7, 1987. С. 70-72.

52. Яцкевич В.А. Измерение параметров СВЧ узлов с помощью многополюсных рефлектометров // Измерительная техника, 1987. № 3. - С. 43-46.

53. C.F. Engen. The Six-Port Measurement Technique: A Status Report // Microwave Journal. Vol. 21, pp 18-89, May 1978.

54. C.A. Hoer. Theory and Application of a Six-Port Coupler //Final report, National Bureau of Standards 10757, 1972.

55. C.A. Hoer. The Six-Port Coupler: A New Approach to Measuring Voltage, Current, Power, Impedance, and Phase // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-21, pp. 466-470, Nov. 1972.

56. G.F. Engen. Determination of Microwave Phase and Amplitude from Power Measurements // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-25, pp. 414-418, Dec. 1976.

57. G.F. Engen. Calibration of an Arbitrary Six-Port Junction for Measurement of Active and Passive Circuit Parameters // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-22, pp. 295-299, Dec. 1973.

58. G.F. Engen. Calibration of an Arbitrary Six-Port Junction for Measurement of Active and Passive Components // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. vol MTT-26, pp. 951-957, Dec. 1978.

59. G.F. Engen. Calibrating the Six-Port Reflectometer // In IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 1978, pp. 182-183.

60. G.F. Engen. Calibrating the Six-Port Reflectometer by Means of Sliding Terminations // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-26, pp. 951-957, Dec. 1978.

61. C.A. Hoer. Calibrating a Six-Port Reflectometer with Four Impedance Standards // NBS Tech. Note 1012, Washingtpp, DC, Mar. 1979.

62. P.I. Somlo and J.D. Hunter. A Six-Port Reflectometer and its Complete Characterization by Convenient Calibration Procedures // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-30, pp. 186-192, Feb. 1982.

63. P.I. Somlo. The Case for Using a Matched Load Standard for Six-Port Calibration // Electron. Letts., Vol. 19, pp. 979-980, Nov. 1983.

64. D. Woods. Analysis and Calibration Theory of the General 6-Port Reflectometer Employing Four Amplitude Detectors // Proc. Inst. Elec. Eng., Vol. 126, pp. 221-228, Feb. 1979.

65. S. Li and R.G. Bosisio. Calibration of Multiport Reflectometers by Means of Four Open Short Circuits // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-30, pp. 1085-1090, Jul. 1982.

66. G.P. Riblet and E.R.B. Hanson. Aspects of the Calibration of a Single Six-Port Using a Load and Offset Reflection Standards // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-30, pp. 2120-2125, Dec. 1982.

67. U. Stumper. Calibration and Evaluation Methods for Multi-Port Reflectometers Using Regression Procedures // In Dig. 1983/53 Coll. on Advances in S-Parameter Measurement at Micro-Wavelengths, London: Inst. dec. Eng., May 1983, pp. 7/1-7/4.

68. C.A. Hoer. Choosing Line Lengths for Calibrating Network Analyzers // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-31, pp. 76-78, Jan. 1983.

69. D. Woods. Simplified Calibration Technique for General Six-Port Reflectometer Requiring Only Two Coaxial Airline Standards // Proc. Inst. Elec. Eng. Vol. 130, Pt. A. pp. 250-253, July 1983.

70. N. A. El-Deeb. The Calibration and Performance of a Microstrip Six-Port Reflectometer // IEEE Trans Microwave Theory Tech. Vol. MTT-31, pp. 509-514, May 1983.

71. L. D Hill. Six-Port Reflectometer for the 75-105 GHz Band // Proc. Inst. Elec. Eng. Vol. 132, Pt. H, pp. 141-143, Apr. 1985.

72. J. D. Hunter and P. I. Somlo. An Explicit Six-Port Calibration Method Using Five Standards // IEEE Trans. Microwave.Theoiy Tech. Vol. МГТ-33, pp. 69-71, Jan. 1985.

73. Петров В.П., Рясный Ю.В., Журавлева О.Б., Пологрудов В.П. Анализ методов калибровки 12-полюсных рефлектометров // Измерительная техника. -1985, № 10.-С. 40-41.

74. Яцкевич В.А. Способ калибровки двенадцатиполюсного рефлектометра // А.с. № 1290205 Кл. G01R 27/32. Опуб. в БИ № 6,1987.

75. Яцкевич В.А., Крот Т.Г. Способ калибровки рефлектометра // А.с. №1335897 Кл. G01R 27/06. Опуб. в БИ № 33,1987.

76. Яцкевич В.А., Крот Т.Г. Способ калибровки рефлектометра // А.с. №1335898 Кл. G01R 27/06. Опуб. в БИ № 33, 1987.

77. F.M. Ghannouchi and R.G. Bosisio. A New Six-Port Calibration Method Using Four Standards and Avoiding Singularities // IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol. IM-36, pp. 1022-1027, Apr. 1987.

78. Блохин C.B., Никулин C.M., Петров B.B., Салов A.H., Чеботарев B.C. Автоматизация измерений волновых параметров элементов интегральных схем СВЧ диапазона // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, вып. 9(357), 1983.-С. 42-45.

79. Никулин С.М., Салов А.Н. Метод калибровки автоматических анализаторов СВЧ цепей с двенадцатиполюсными рефлектометрами // Измерительная техника, 1988. -№ 8. С. 43-45.

80. Садкова О.В., Никулин С.М. Калибровка анализатора СВЧ цепей с 12-полюсными рефлектометрами // Тезисы докл. IV Всерос. научн.-техн. конф. «Методы и средства измерений физических величин», Н. Новгород, 16-17 июня 1999.-Ч. V.-C. 2.

81. Е. J. Griffin. Six-Port Reflectometers and Network Analysers // In IEE Vacation School Lecture Notes on Microwave Measurement London Inst. Elec. Eng. 1983, pp 11/1-11/22.

82. Калинин В.И., Гериггейн Г.М. Введение в радиофизику. М.: ГИТТЛ, 1957. 653 с.

83. R. Caldecott. The Generalized Multiprobe Reflectometer and Its Application to Automated Transmission Line Measurements /ЛЕЕЕ Trans, on Anten. Prop Vol. AP-21, pp.550-554, Apr. 1973.

84. Саламатин B.B., Мельников A.B., Плоткин А.Д. Измерение малых КСВ и потерь в диэлектрической полосковой линии // Измерительная техника. -1979.-№5.-С. 52-54.

85. С.J. Ни. A Novel Approach to the Design of Multiple-Probe High-Power Microwave Automatic Impedance Measuring System // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-28, pp. 1422-1428, Dec. 1980.

86. Шейнин Э.М. Система автоматизации измерительной линии с использованием ЭВМ // Измерительная техника. -1981.-№5.-С. 47-49.

87. А.С. № 985751 Кл. G01R 27/06. Цифровой анализатор стоячей волны / Острецов B.C., Синицын Ю.П., Цикалов Ю.Н. Опуб. в БИ № 48, 1982.

88. А.С. № 1133564 Кл. G01R 27/06. Устройство для измерения модуля и фазы коэффициента отражения в СВЧ трактах / Румянцев Ю.Б., Гайдаров А.С. -Опуб. в БИ № 1, 1985.

89. Бондаренко И.К., Баклыков А.П., Гимпилевич Ю.Б., Царик Ю.И., Худяков А.Ю. Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения // А.с. № 1133565 Кл. G01R 27/06. Опуб. вБИ№ 1, 1985.

90. Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Царик Ю.И. Автоматический анализатор цепей многоэлементного типа и методы его калибровки // Измерительная техника. 1985.-№ 10.-С. 33-34.

91. А.с. № 1191843 Кл. G01R 27/06. Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения СВЧ двухполюсников / Афонин ИЛ., Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Царик Ю.И. Опуб. в БИ № 42,1985.

92. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. -М.: Радио и связь, 1985. 368 с.

93. А.С. № 1317369 Кл. G01R 27/06. Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения СВЧ двухполюсника / Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Зиборов С.Р., Афонин И.Л., Тарасюк С.С. Опуб. в БИ № 22, 1987.

94. Афонин И.Л., Бондаренко И.К., Гимпилевич Ю.Б., Зиборов С.Р., Царик Ю.И. Измеритель комплексного коэффициента отражения // А.с. № 1318935 Кл. G01R 27/06. Опуб. в БИ № 23, 1987.

95. Афонин И.Л., Бондаренко И.К., Баклыков А.П., Царик Ю.И. Устройство для измерения модуля и фазы комплексного коэффициента отражения СВЧ двухполюсников // А.с. № 1318934 Кл. G01R 27/06. Опуб. в БИ № 23, 1987.

96. Букуева Р.Я. Автоматизированный измеритель параметров резонансных двухполюсников на основе трехзондового анализатора цепей // Электронная техника, Сер. Электроника СВЧ. Вып. 6(400), 1987. - С. 33-37.

97. Асович П.Л., Полевой В.В., Руденко В.И., Сметанников В.А., Юнкес М.С. Устройство для измерения полных сопротивлений // А.с. № 1337822 Кл. G01R 27/04. Опуб. в БИ № 34, 1987.

98. Власов В.И., Карамзина В.В., Козликова В.И. Измерение параметров на СВЧ // Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. —1987. Вып. 11. - 58 с.

99. К. Chang, М. Li and Т. Sauter. Circuit A Three Port Microstrip Impedance Measurement System // Microwave Opt. Technol. Lett., Vol. 1, pp. 90-93, May 1988.

100. K. Chang, M. Li and T. Sauter. Low Cost Microwave/Millimeter-Wave Impedance Scheme Using a Three-Probe Microstrip // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Vol. MTT-38, pp. 1455-1460, Oct. 1990.

101. R.E. Neidert. Monolitic Circuit for Reflection Coefficient Measurement // IEEE Microwave Guided Waves Lett., Vol. 1, pp. 195-197, Aug. 1991.

102. Никулин C.M., Петров B.B., Сапов A.H. Калибровка контактных устройств при измерениях элементов СВЧ ИС // Радиотехника, 1983. № 11. - С. 88-90.

103. Блохин С.В., Никулин С.М., Петров В.В., Салов А.Н., Чеботарев А.С. Автоматизация измерений волновых параметров элементов интегральных микросхем СВЧ диапазона // Радиотехника, 1983. № 9, С.72.

104. Никулин С.М. Автоматизация измерения многополюсников на СВЧ // Радиотехника, 1983. № 9, С.72.

105. Никулин С.М., Петров В.В., Салов А.Н., Чеботарев А.С. Автоматический измеритель параметров рассеяния элементов и устройств СВЧ диапазона // Электронная техника, Сер. Электроника СВЧ, 1983. Вып. 9(357). - С. 42-45.

106. Никулин С.М., Петров В.В., Салов А.Н. Устройство для измерения параметров СВЧ четырехполюсников // A.c. № 1237994 Kn. G01R 27/06. Опуб. в БИ№ 13, 1985.

107. Никулин С.М., Салов А.Н. Метод калибровки автоматических анализаторов СВЧ цепей с двенадцатиполюсными рефлектометрами // Измерительная техника, 1988. № 8. - С. 43-45.

108. Лопаткин A.B., Никулин С.М. Особенности измерения S-параметров невзаимных СВЧ устройств анализаторами цепей с калибруемыми многополюсниками // Измерительная техника, 1989. № 8. - С. 47- 48.

109. ГОСТ 16263-70. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения. М., 1970.

110. Математическая теория планирования эксперимента / Под ред. С.М. Ермакова. М.: Наука. - 1983. - 392 с.

111. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971. - 312 с.

112. Акчурин И.А.,. Веденов М.Ф, Сачков Ю.В. Познавательная роль математического моделирования. М.: Знание, 1968. - 48 с.

113. Львов A.A., Семёнов К.В. Метод калибровки автоматической многозондовой измерительной линии // Измерительная техника, 1999, №4. С. 34-39.

114. Кудряшов Ю.Ю., Львов A.A., Моржаков A.A. Калибровка многозондовой измерительной линии по набору согласованных нагрузок // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ.-Вып. 5 (439), 1991. С.35-38.

115. Гультяев А. Имитационное. моделирование в среде Windows: Практическое пособие. СПб.: КОРОНА принт, 1999. - 288 с.

116. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М.: Сов. радио, 1971. -327 с.

117. Львов A.A., Моржаков A.A., Ширшин С.И., Жуков A.B., Кудряшов Ю.Ю. Измерение параметров СВЧ двухполюсников методом многозондовой измерительной линии // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ, 1987 г. Вып. 7(401). - С. 48-51.

118. Львов А.А., Жуков А.В., Галкина Л.В. Оценки максимального правдоподобия больших значений КСВн // Труды XIV конф. молод, ученых МФТИ, Ч. 2, 1989 г., № 5762-В89, 11.09.89, Аннотир. в РЖ Радиотехника, 1989,12Г400 ДП.

119. Кудряшов Ю.Ю., Львов А.А., Моржаков А.А., Ширшин С.И. Оптимизация параметров многозондовой измерительной линии // Электронная техника, Сер. 1, Электроника СВЧ, 1988г. Вып. 14(414). - С. 30-34.

120. А.А. Львов, А.А. Моржаков, A.B. Жуков. Статистический анализ точностных характеристик метода многозондовой измерительной линии // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ, 1990, Вып. 1(425). С. 50-57.

121. Растригин Л.А., Маджаров Н.Е. Введение в идентификацию объектов управления. М.: Энергия, 1977. 216 с.

122. Kats В.М., Lvov А.А., Meschanov V.P., Shatalov E.M., Shikova L.V., Synthesis of a Wideband Multiprobe Reflectometer // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 56, No. 2, February, 2008, P. 507-514.

123. Розенберг В.Я. Введение в теорию точности измерительных систем. М.: Сов. радио, 1975.-304 с.

124. Шеннон К. Математическая теория связи. В кн.: Работы по теории информации и кибернетике. - Пер. с англ. под ред. Р.Л. Добрушина и О.Б. Лу-панова. - М.: ИЛ. 1963. - 829 с.

125. Ю.Ю. Кудряшов, А.А. Львов, А.А. Моржаков, С.И. Ширшин. Калибровка датчиков стоячей волны на основе многозондовой измерительной линии по произвольным нагрузкам // Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ-Вып.4. (408), 1988. С.55-57.

126. А.А. L'vov, А.А. Morzhakov, K.V. Semenov. Accuracy Improvement of the Automated Multiprobe Transmission Line Reflectometer // CAD and Numerical

127. Method in Applied Electrodynamics and Electronics. Proceeding of the Third IEEE Saratov-Penza Chapter Workshop SSTU, 1999, pp. 61-67.

128. B. Ho, R. Kalman. Effective construction of linear state-variable models from input-output functions//Regelungstechnik 12: 545-548. 1965.

129. K. Ástróm, T. Bohlin. Numerical identification of linear dynamic systems from normal operating records // Proc. IF AC Symposium on Self-Adaptive Systems, Teddington, UK. 1965.

130. L. Ljung. Convergence analysis of parametric identification methods // IEEE Trans. Automatic Control AC-23: 770-783. 1978.

131. G. Box, G. Jenkins. Time Series Analysis, forecasting and control // Holden-Day, Oakland, California. 1970.

132. M. Hazewinkel, R. Kalman. On invariants, canonical forms and moduli for linear constant, finite-dimensional dynamical systems // Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems, Vol. 131, Springer-Verlag, Berlin, pp. 48-60. 1976.

133. M. Deistler, M. Gevers. Some properties of the parametrization of arma systems with unknown order // Multivariate Analysis 11: 474-484. 1981.

134. A. van Overbeek, L. Ljung. On-line structure selection for multivariable statespace models // Automatica 18: 529-544.1982.

135. J. Rissanen. Estimation of structure by minimal description length // Circuits, Systems, and Signal Processing 1: 395-406.1982.

136. B. Anderson, J. Moore, R. Hawkes. Model approximation via prediction error identification //Automatica 14: 615-622. 1978.

137. L. Ljung / On consistency and identifiability // Mathematical Programming Study 5: 169-190. 1976.

138. M. Verhaegen. Identification of the deterministic part of mimo state space models given in innovations form from input-output data // Automatica 30(1): 61-74. 1994.

139. T. Katayama, G. Picci. Realization of stochastic systems with exogenous inputs and subspace identification methods // Automatica 35: 1635-1652. 1999.

140. A. Chiuso, G. Picci. Geometry of oblique splitting subspaces, minimality and hankel operators // 'Directions in Mathematical Systems Theory and Optimization', A. Rantzer and C. Byrnes Eds, Springer-Verlag, New York. 2002.

141. J. Partington. Robust identification and interpolation in Hco // International Journal of Control 54: 1281-1290. 1991.

142. R. Pintelon, J. Schoukens. Robust identification of transfer functions in the s- and z-domains // IEEE Trans, on Instrumentation and Measurement 39(4): 565-573. 1990.

143. R. Pintelon, J. Schoukens / System Identification A Frequency Domain Approach // IEEE Press, New York. 2001.

144. L. Ljung. System Identification: Theory for the User // Prentice-Hall, Engle-wood Cliffs, NJ. 1987.

145. П. Эйкхофф. Основы идентификации систем управления // М: Мир, 1975.

146. Тихонов В.И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов // М. Советское Радио. 1975. СС 223-230

147. Феодосьев В.И. Основы техники ракетного полета // М: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. СС 127-155

148. G. Dambrine, А. Сарру, F. Heliodore, and Е. Playez / A new methodfor determining the FET small-signal equivalent circuit // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 36, pp. 1151-1159, July 1988.

149. C.-J. Wei and J. С. M. Hwang / Direct extraction of equivalent circuit parameters for heterojunction bipolar transistors // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, pp. 2035-2039, Sept. 1995.

150. S. A. Maas and D. Tait / Parameter-extraction method for heteroj unction bipolar transistors // IEEE Microwave Guided Wave Lett., pp. 502-504, Dec. 1992.

151. J. W. Linnik / Method of Least Squares and Principles of the Theory of Observations // New York: Pergamon, 1961.

152. H.-C. Lu and T.-H. Chu / Microwave Diversity Imaging Using Six-Port Re-flectometer // IEEE Trans. Microwave Theor. Tech., vol. 47, no. 1, Jan 1999.

153. F. Xiao, F.M. Ghannouchi, T. Yakabe / Application of a Six-Port Wave-Correlator for a Very Low Velocity Measurement Using the Doppler Effect IEEE Trans. Instr. Meas., vol. 52, no. 2, Apr. 2003

154. A. Stelzer, C.G. Diskus, K. Ltibke, and H.W. Thim, "A Microwave Position Sensor with Submillimeter Accuracy", IEEE Trans. Microwave Theor. & Tech., vol. MTT-. 47, pp. 2621-2624, Dec. 1999.

155. A.A. Львов, А.А. Моржаков, Ю.Ю. Кудряшов, C.B. Свежинцев. Автоматический бесконтактный измеритель вибраций и линейных перемещений // Вестник машиностроения, 1992, № 4. С. 25-27.

156. Львов А.А., Моржаков А.А., Кудряшов Ю.Ю., Галкина Л.В. Статистический подход к проблеме измерения параметров СВЧ-двухполюсников с помощью многополюсника // Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ. 1989. - Вып.8 (422).,С,.57,т63.

157. Львов А.А. Автоматический лазерный измеритель вибраций // Измерительная техника, 1996 г., №2, С.13-15.

158. Львов А.А. Автоматический измеритель параметров СВЧ двухполюсников на основе многополюсника // Измерительная техника, 1996 г., №2, С.10-12.

159. F. М. Ghannouchi, М. Tanaka, Н. Wakana / A six-port wave-correlator for active/smart phase array antenna system // Proc. nNA'98, 10th Int. Symp. Antennas, Nice, France, 1998, pp. 314-317.

160. T. Yakabe, M. Kinoshita, H. Yabe / Complete calibration of a six-port reflec-tometer with one sliding load and one short // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 42, pp. 2035-2039, Nov. 1994.

161. T. Yakabe et al. / Six-Port Based Wave-Correlator with Application to Beam Direction Finding // IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 50, pp. 377-380, No. 2, April 2001.

162. Skolnik M.I. Introduction to Radar Systems. 2nd ed. / M.I. Skolnik // New York: McGraw-Hill. 1980.

163. K. Brantervik / A New Four-port Automatic Network Analyzer: Part II Theory // IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol. MTT-23, pp. 569 - 575, Jul 1985.

164. K. Brantervik / On the Theory of the Variable Reference of the Network Analyzer // Applied Electron Physics Univ. Technology, Goteborg, Sweden, Rep. no. 2,1984.

165. C. L. Everett / Phase noise contamination to Doppler spectra // Microwave J., vol. 39, pp. 105-122, Sep. 1996.

166. I. Gresham et al. / A compact manufacturable 76-77-GHz radar module for commercial ACC applications // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 49, pp. 44-58, Jan. 2001.

167. J. Li, R. G. Bosisio, K. Wu / A collision avoidance radar using six-port phase/frequency discriminator // IEEE MTT-S Dig., pp. 1553-1555, 1994.