毫米波反射率标准物质定值的不确定度评定

姜维维 张 雨 王清海

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

毫米波反射率标准物质定值的不确定度评定

姜维维 张 雨 王清海

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

对毫米波反射率标准物质定值的不确定度进行了评定，分析了各不确定度分量的来源并进行了量化。毫米波反射率标准物质的扩展不确定度U≤1 dB（k=2），满足技术指标要求。结果表明，影响不确定度的主要因素为标准物质的稳定性。

不确定度 反射率测量 标准物质

毫米波反射率标准物质用于评价反射率测试系统和测试方法的准确性、可靠性，并对空间法反射率测试系统进行修正、校准。要保证所校准的测试系统的准确度和一致性，标准物质的定值和不确定度评定则是十分必要的。

1 测试方法

隐身材料反射率的测试方法有RAM反射率远场RCS测试法、RAM反射率弓型测试法、RAM反射率空间平移测试法。其中RAM反射率远场RCS测试法是绝对定值方法，该方法具有最高定值准确度，不确定度可达到0.5 dB，定值精密度可达到0.1 dB，高于其它两种方法的准确度和精密度，因此笔者采用RAM反射率远场RCS测试法进行定值［1］。在相同的实验条件下，进行多次重复放置测试，最后确定出标准物质的标准值和测量不确定度［2］。

2 不确定度来源

毫米波反射率标准物质定值的不确定度主要包括以下几个方面：

（1）测试系统引入的不确定度；

（2）同一条件下重复测试引入的不确定度；

（3）均匀性引入的不确定度；

（4）时间变化引入的不确定度；

（5）温度变化引入的不确定度；

（6）湿度变化引入的不确定性。

3 不确定度的评定

3.1 测量系统引入的不确定度uB

测试系统引入的不确定度按B类方法评定，包括：发射功率、背景电平、频率、温湿度等的波动对系统测试准确度的影响，GJB 2038-1994已给出该方法定值的不确定度不超过±0.5 dB，可以认为其最大不确定度为0.5 dB。假设为正态分布，k=2，则其标准不确定度分量uB=0.5／2=0.25 dB。

3.2 同一条件下重复测试引入的不确定度u1

所有标准物质的u1分量根据6次重复测量数据的算术平均值的标准偏差s计算得到。

3.3 均匀性引入的不确定度分量u2

对于毫米波反射率标准物质的均匀性作以下几点说明：（1）由于是对每块标准物质分别定值，因此不存在从一批标准物质中取样进行均匀性检验从而验证整批标准物质性能是否均匀的问题；（2）在对标准物质进行定值测试和使用时，测试系统的天线发射的电磁波波束是完全覆盖整个表面，因此不存在整块标准物质面上不同区域之间性能是否均匀的问题。因此均匀性引入的不确定度分量u2为0［3］。

3.4 时间变化引入的不确定度分量u3

设标准偏差为s，该物质的特性量值的标准值为，测量次数为n。如果物质的稳定性好，在规定的期间内，任一次测量所得该物质的特性量值应有

由于配方完全相同，实验选择有代表性的标准物质（分别为-10、-15、-20 dB）对其吸波性能随时间的变化情况进行考核。在一年时间内每隔2～3个月进行一次测试，每次测量6个观测值，取其平均值作为该次测试值，一年内共进行6次测试。

方法的标准偏差按GJB 2038-1994的规定为0.5 dB。由表1～表3可知，当α取0.05，n取6时，t0.05(5)=2.57，统计量A均小于临界值t0.05(5)，因此标准物质是稳定的。表1～表3中给出了不同频率点一年6次测试数据之间的标准偏差sm，将不同频率点上该标准偏差的最大值作为该类标准物质稳定性不确定度分量u3。

表1 标称量值为-10 dB的标准物质随时间变化的稳定性考核

表2 标称量值为-15 dB的标准物质随时间变化的稳定性考核

3.5 温度变化引入的不确定度分量u4

由于配方完全相同，实验选择有代表性的标准物质（分别携带-10、-15、-20 dB吸波性能值）对其吸波性能随温度的变化情况进行考核。在15～40℃范围对所选择的标准物质进行了5个以上温度点吸波性能测试，每个温度点进行多次平行测试，取其平均值作为该温度下的吸波性能，得到不同温度吸波性能数据及试验标准偏差。各温度下吸波性能数据、测试标准偏差见表4～表6。由表4～表6可知，标准物质在15～35℃范围内吸波性能基本不随温度的变化而变化，不同温度之间测试数据的标准偏差很小，说明在此温度范围内是相当稳定的。将不同频率点上不同温度测试数据的实验标准偏差的最大值作为该类标准物质的温度稳定性不确定度分量u4。

表4 标称量值为-10 dB的标准物质在不同温度下的反射率

表5 标称量值为-15 dB的标准物质在不同温度下的反射率

表6 标称量值为-20 dB的标准物质在不同温度下的反射率

3.6 湿度变化引入的不确定度分量u5

由于配方完全相同，选择了有代表性的标准物质（分别携带-10、-15、-20 dB吸波性能值）对其吸波性能随湿度的变化情况进行考核。在33%～75%的相对湿度范围内对所选择的标准物质进行5个湿度点吸波性能测试，每个湿度下进行多次平行测试，取其平均值作为该温度下的吸波性能，得到不同湿度吸波性能数据及标准偏差。各湿度下吸波性能数据、标准偏差见表7～表9。

表7 标称量值为-10 dB的标准物质在不同湿度的反射率

表8 标称量值为-15 dB的标准物质在不同湿度的反射率

表9 标称量值为-20 dB的标准物质在不同湿度的反射率

由表7～表9可知，标准物质在所考察的湿度范围内，吸波性能的变化较小。将该湿度范围定为该类标准物质的使用湿度范围，并将测试数据的标准偏差最大值作为该类标准物质湿度稳定性标准不确定度分量u5。

4 合成标准不确定度及扩展不确定度

A类标准不确定度为：

将uA与uB按公式合成，得到合成标准不确定度uc，再按U=2uc计算得到95%置信度的扩展不确定度。各类标准物质的标准值、不确定度分量及合成不确定度计算结果见表10。

5 结语

毫米波反射率标准物质的扩展不确定度U≤1 dB（k=2），满足技术指标要求，不确定度的影响主要取决于测量系统本身以及标准物质的稳定性，由其它因素引入的不确定度较小。

表10 标准物质的标准值与不确定度

［1］JJF1059-1999 测量不确定度评定与表示［S］.

［2］GJB 2038-1994 雷达吸波材料测量方法［S］.

［3］JJG 1006-1994 一级标准物质技术规范［S］.

EVALUATION OF THE UNCERTAINTY OF MILLIMETER-WAVE REFLECTIVITY STANDARD MATERIAL

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

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

uncertainty，reflectivity measurement，standard material

2011-05-08