МЕТОДИ КОМПЕНСАЦІЇ СПОТВОРЕНЬ ОЦІНОК ФАЗИ У БАГАТОЗОНДОВИХ МІКРОХВИЛЬОВИХ ВИМІРЮВАЧАХ
Ключові слова:
параметричний спектральний аналіз, параметричний підхід, метод Проні, коефіцієнт відбиття, цифрова обробка даних, багатозондові вимірювання, вимірювання вібрацій, оцінка параметрів, обернені задачі.Анотація
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2025.02.072
В даній роботі розглядається питання точності безконтактного вимірювання відносних відстаней за допомогою багатозондової вимірювальної лінії в мікрохвильовому діапазоні. Основна увага надається похибкам вимірювання, що з’являються внаслідок неточності позиціонування зондів та вимірювання кроку між ними разом з неточністю налаштування частоти генератора. Дані неточності можуть з’являтись внаслідок надмірних вібрацій та температурних змін. В роботі подається огляд двох стандартних методів: методу дискретного перетворення Фур’є та двохзондового методу. Також досліджуються нові підходи на основі методу Проні та методу корекції нормованої сталої поширення. Підхід на основі методу Проні використовує модифікований варіант методу для зменшення необхідної кількості зондів. Оригінальний підхід базується на апроксимації моделі сигналу шляхом лінійної апроксимації гармонічної складової зі зсунутим значенням нормованої сталої поширення. Показано можливість значного придушення ефектів спотворення сигналу для методу Проні та достатність підвищення якості та кращу швидкість розрахунку для методу корекції нормованої сталої поширення. Всі методи були спочатку перевірені на детерміністичній моделі без шуму з фазовими спотвореннями внаслідок зсуву сталої поширення. Подальші тести проводяться для моделі, в якій наявні як похибка оцінки нормованої сталої поширення, так і білий адитивний гаусів шум. Проведені числові експерименти демонструють емпіричні границі застосовності для кожного з методів, зважаючи на їхню результативність. Показано, що дані границі є достатніми для застосувань в реальному експерименті. Показано, що дані границі в основному накладають обмеження на точність вимірювання кроку внаслідок того, що прийнятні межі похибки частоти генератора значно перевищують можливості сучасної техніки. Продемонстровано, що методи здатні покращувати оцінку відносної відстані для моделі хвилевідної системи, що піддається вібраціям, які впливають на міжзондову відстань.
ПОСИЛАННЯ
1. Doronin A. V., Gorev N. B., Kodzhespirova I. F., Privalov E. N. A way to improve the accuracy of displacement measurement by a two-probe implementation of microwave interferometry. Progress in Electromagnetics Research M. 2013. Vol. 30. P. 105–116. https://doi.org/10.2528/PIERM13020504
2. Ghannouchi F. M., Mohammadi A. The Six-Port Technique with Microwave and Wireless Applications. Artech House, 2009. 236 р.
3. Pylypenko O. V., Gorev N. B., Doronin A. V., Kodzhespirova I. F. Phase ambiguity resolution in relative displacement measurement by microwave interferometry. Technical Mechanics. 2017. № 2. P. 3-11.
4. Drobakhin O. O. Development of measurement methods in microwave and terahertz ranges of electromagnetic waves in Ukraine (Review). Radioelectronics and Communications Systems. 2024. Vol. 67(4). P. 161–179. https://doi.org/10.3103/S0735272724040034
5. Andreev M. V., Drobakhin O.O., Saltykov D. Yu. Techniques of measuring reflectance in free space in the microwave range. 9th International Kharkiv Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves, MSMW 2016. 2016. June. P. 1-4. https://doi.org/10.1109/MSMW.2016.7538213
6. Ghannouchi F. M., Bosisio R. G. A wideband millimeter wave six-port reflectometer using four diode detectors calibrated without a power ratio standard. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1991. Vol. 40. № 6. P. 1043-1046. https://doi.org/10.1109/19.119791
7. Doronin A. V., Gorev N. B., Kodzhespirova I. F., Privalov E. N. Displacement measurement using a two-probe implementation of microwave interferometry. Progress in Electromagnetics Research C. 2012. Vol. 32. P. 245–258. https://doi.org/10.2528/PIERC12071805
8. Pylypenko O. V., Gorev N. B., Doronin A. V., Kodzhespirova I. F. Experimental verification of a two-probe implementation of microwave interferometry for displacement measurement. Technical Mechanics. 2017. № 1. P. 5-12.
9. Andreev M. V., Drobakhin O. O., Saltykov D. Yu., Gorev N. B., Kodzhespirova I. F. Three-probe microwave interferometry for measuring displacement of mechanical objects with account for antenna reflectivity. Radioelectronics and Communications Systems. 2022. Vol. 65. P. 177–185. https://doi.org/10.3103/S0735272722040021
10. Drobakhin O. O. Prony’s-method identification of parameters of model which is sum of exponential functions. Optoelectronics, instrumentation, and data processing. 1989. № 4. P. 37–42.
11. Andreev M. V., Drobakhin O. O., Saltykov D. Yu. Complex reflection coefficient determination via digital spectral analysis of multiprobe reflectometer output signals. 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Proceedings. 2017. P. 180–183. https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100468
12. Дробахін О. О., Плаксін С. В., Рябчій В. Д., Салтиков Д. Ю. Техніка та напівпровідникова електроніка НВЧ, третє вид. Навчальний посібник. Дніпро: ДНУ, 2018. 344 c.
13. Pozar D. M. Microwave engineering – 4th ed. US: John Wiley & Sons, Inc., 2011. 752 p.
