Modeling of influences of sensor reflections on the accuracy of a microwave reflectometer

• Autorzy: Klyuchnyk I. , Miroshnik M. , Tsekhmistro R. , Warsza Z. , Zaichenko O.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wpływu odbić sensorów na dokładność pomiaru reflektometrem mikrofalowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the uncertainty component of a multisensor microwave reflectometer dependent on mutual reflections between sensors is described. One-line and two-lines arrangement of the set of sensor localization are considered. Adjacent sensors influence each other. The mathematical model of signal flow graphs of such a system was developed. The set of linear algebraic equations incorporating main reflections between sensors was worked out. The least squares method or Kalman filter for averaging the sensor signals with random distortions is used. The uncertainty of measuring the power by the multi-sensor reflectometer is estimated. The obtained results are discussed. The described methods of the uncertainty evaluation can be applied to automation of the multi-sensor reflectometer and in other multivariable measurements.

PL

Artykuł przedstawia i porównuje wyniki modelowania błędów granicznych w pomiarach mocy sygnału mikrofalowego w falowodzie wielosensorowym reflektometrem. Wyniki te uzyskano metodą najmniejszych kwadratów lub też filtrem Kalmana. Stosowanie kilku dodatkowych sensorów w falowodzie umożliwia pomiary trzech podstawowych parametrów mocy sygnału ze zwiększoną czułością. Jednakże sensory oddziałują wzajemnie na siebie. Analizuje się jednorzędowy i dwurzędowy układ rozmieszczenia sensorów podany na rys. 1a,b. Odległość między sensorami odpowiada 1/8 długości fali w falowodzie. Wykorzystując grafy skierowane opracowano model przepływu sygnałów w układzie - rys. 2. Uwzględniono wpływy odbić od sąsiednich sensorów rozmieszczonych w falowodzie. Otrzymano uproszczony liniowy układ równań algebraicznych uwzględniający podstawowe oddziaływania odbić od sensorów - wzór (2). Przy założonych wariancjach dla normalnych rozkładów zakłóceń w torach czujników oszacowano standardowe niepewności pomiarów mocy sygnału w falowodzie. Użyto uśredniania metodą najmniejszych kwadratów MNK lub filtru Kalmana, dla którego podano schemat przetwarzania - rys. 3 i wzory (3)-(10). Niepewności uzyskane obiema metodami dla różnych przesunięć fazowych pomiędzy sensorami i różnej ich liczby przedstawiono na rysunkach 4 i 5. Porównano otrzymane wyniki. Stosując większą liczbę czujników niż 3 obiema metodami uzyskano kilkuprocentowe zmniejszenie standardowej niepewności pomiarów mocy mikrofalowego sygnału w falowodzie. Metodę filtru Kalmana można wykorzystać nie tylko przy automatyzacji pomiaru reflektometrem wielosensorowym, ale i do powiększenia dokładności innych wielosensorowych pomiarów procesów z zakłóceniami.

Słowa kluczowe

EN

microwave reflectometers; uncertainty; Kalman filter; signal flow graph

PL

reflektometry mikrofalowe; niepewność pomiaru; filtr Kalmana; graf przepływu sygnałów

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 4
• Strony: 223--227
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Klyuchnyk I.

• Kharkov National University of Radielectronics, UA

autor

Miroshnik M.

• Ukrainian Academy of Railway Transportation, Kharkov, UA

autor

Tsekhmistro R.

• Ukrainian Academy of Railway Transportation, Kharkov, UA

autor

Warsza Z.

• Industrial Research Institute of Automation And Measurement PIAP, Warszawa, Pl

autor

Zaichenko O.

• Kharkov National University of Radielectronics, UA

Bibliografia

• [1] Teppati V., Ferrero A., Sayed M.: Modern RF and Microwave Measurement Technique. Cambridge University Press, 2013, pp.441.
• [2] Dvorak R., Urbanec U.: Data Processing in Multiport-based Reflectometer System. Radioengineering Proceedings of Czech and Slovak Technical Universities, Dec. 2011, vol. 20, n. 4, p. 832 – 837.
• [3] Gorobets N. N., Tsekhmistro R. I.: The characteristics of electromagnetic fields in the near field of short wire antenna. Vestnik Kharkovskogo Nationalnogo Universiteta (Bulletin of Kharkov National University) Radiofizika i Electronika 2000. n. 467, p. 62–66 (in Russian).
• [4] Wang Baisuo: Mutual Impedance between Probes in Waveguide. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 36, No.1, January, 1988, p. 53 – 60.
• [5] Mason, S.: Feedback Theory – Some Properties of Signal Flow Graph Proceedings of The IRE, September, 1953, p.1144 –1156.
• [6] Kats, B. M., Lvov A. A., Meshanov V. P., Shatalov L. V., Shikova E. M.: Synthesis of Wideband Multiprobe Reflectometer. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 56, n.2, 2008, p.507 –514.
• [7] Balakrishnan, A. V.: The theory of Kalman filtering. John Wiley, New York 1988, p. 86.
• [8] Wright, A. S., Wilkinson A.J., Judah S.K.: Calibration Enhancement and On Line Accuracy Assesment for Single Six-Port Reflectometers Employing a Nonlinear Kalman Filter. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. 39, n.2, April, 1990, p. 380 –386.
• [9] Volkov V. M., Zaichenko O. B., Oguy A. V.: Multiprobe microwave multimeter for large power level. Radiotekhnika All-Ukr. Scientific Interdep. Magazin. 2001, n. 120, p. 166 –169 (in Russian).