导弹测试误差分析与处理

摘要： 本文通过对测量误差进行分类，得出常见的影响测量精度的误差种类，并通过对导弹通用及专用测试系统的组成进行分析，得出导弹测试系统误差模型，并针对这些误差提出解决和预防措施

关键词： 导弹、测量、精度、综合测试系统、误差分析

1 引言

军工产品科研生产测试需要大量的专用测试设备，此类设备无论在功能、原理、构造均与通用测试设备有较大不同，只有熟悉专用测试设备的工作原理和设备的构造等细节进行分析后，才能了解测量结果的不确定度，并对测试设备进行校准，避免影响到测量结果不确定度评定的置信度，从而影响测试结果。

2 测量误差的分类

根据误差的性质，测量误差可分为系统误差、随机误差和疏失误差。

在相同条件下对同一参量多次重复测试时误差不变，或当条件改变时误差呈一定规律时称为系统误差。造成测量系统误差的原因有周围介质的温度、湿度、大气压力、电源电压偏差，测试仪器设计、制造的缺陷，测量方法不严密等。测量条件确定后，系统误差为一定值，针对系统误差产生的原因，采用一定的修正措施可以减少系统误差。

在相同条件下，对同一参数多次测量其结果以不定方式变化者称为随机误差，造成随机误差的原因有仪器中零部件配合不稳定，仪器内部噪声，环境温度和电源电压的波动，电磁干扰等。当对一个参数进行多次测量时，则会发现其统计特性，多数情况下随机误差服从正态分布，当重复测量的次数足够大时，随机误差的数学期望趋近于零。

在一定条件下，测量结果明显地偏离实际值时形成的误差称为疏失误差。这样的测量值通常称为野值，在处理时常予以剔出不计。

3 导弹测试系统误差的模型

3.1 测试设备的组成形式

专用测试设备在专用设备领域所占的比例相对来说是比较大的，这些设备涉及电子专业众多参数的测试，如电压、电流、阻抗、频率、功率、调制、衰减等参数，常见的电子专用设备组成模式有以下三种。

a） 测控单元+独立通用测试设备+控制计算机

这种组成模式中，被测产品的供电、输入/输出信号的调理、切换控制、匹配、调制与解调均要经过测控单元来处理，通用独立测试设备一般不直接连接产品，而是通过测控单元转接过来，面向的被测对象基本上是单参数，如频率计用于测试信号的频率或周期，相位计用于测试信号的相位差。测控计算机执行相应的测控软件，实现测控单元的控制、通用测试设备的通信、测量结果的采集计算和合格判断。

b） 测控单元+测试模块+控制计算机

该种构成模式与第一种相比主要区别在中间设备，第一种模式采用的是独立通用测试设备，如数字多用表、功率计、频谱分析仪，它们既能程控又能手动操作，其显著特点是独立性强，而测试模块本身不能独立工作，如VXI模块、PXI模块或计算机内置板卡，需要借助相应的软件支持才能进行正常测试。

c） 测控单元+测试模块+独立通用测试设备+控制计算机

该种组成模式是上述两种模式的综合，通常是一些大型综合性测试系统采用的组成方式，一般情况下直流参数、低频参数的测试和激励由各种模块来承担，如A/D、D/A等，高频参数的测试和产生通常由独立通用测试设备来承担，如微波信号源、频谱分析仪等。

3.2 某型号地空导弹测试系统组成

某型导弹测试系统由计算机组合、显示器组合、打印机组合、高频信号测试组合、引信目标模拟器、导引头目标模拟器、模飞组合、键盘组合、信息处理组合、信号匹配组合、模块化电源、+27V直流电源、+56V电源组合等组成。主要设备功能如下：

a） 计算机组合：集中协调、控制各分组合，完成测试，处理、显示测试数据，打印测试结果。计算机组合完成对测试系统的自检和对被测导弹测试的全部控制操作；

b） 导引头目标模拟器：提供模拟的直波信号和目标回波信号，配合进行导引头相关项目的测试。由计算机组合通过1553B总线进行控制，完成相关工作；

c） 模飞组合：实现对导弹施加三路加速度和三路角速度激励信号，配合完成导弹偏置标定及模飞测试；

d） 引信目标模拟器：接收引信通过天线保护罩耦合下传的发射信号，并通过开关切换、延迟衰减等处理后，模拟目标产生的多普勒信号和目标回波强度，将信号通过天线保护罩耦合上传至引信，完成引信灵敏度、动作电压等的测试。由计算机组合通过1553B总线进行控制，完成相关工作；

e） 高频信号测试组合：模拟制导站发送的直波信号、指令信号，完成转发译码系统的测试并协助完成导弹的模飞测试，主要由编码源、指令信号源等组成。由计算机组合通过1553B总线进行控制，完成相关工作；

f） 信号匹配组合：完成信号处理组合与导弹之间的接口转换匹配；主要功能是对弹上下行信号进行隔离和匹配处理，同时将导弹下传的测量数据和信息进行调理变换，以便进行A/D采集；

g） 信息处理组合：完成对导弹所有状态信号的控制输出，所有需测量数字量、低频模拟量的采集，检查所有与导弹的通信传输。由计算机组合通过1553B总线进行控制，完成相关工作。

3.3 测试误差分析与计算模型

该测试系统是典型的第三种组成模式，直流参数、低频参数的测试和激励由各种模块来承担，如信息处理组合、模飞组合及信号匹配组合等，高频参数的测试和产生由独立通用测试设备来承担，如高频信号测试组合里的信号源和频率计等，由主控计算机实现对各个组合进行控制工作。

从该地空导弹测试系统的设计图纸和测试结果数据进行分析，影响该测试系统的误差大体可以分为以下几种：

a） 电子元器件参数离散性

b） PCB板卡的设计

c） 信号的长线传输

d） 阻抗匹配问题

e） 电磁兼容问题

f） 数字滤波

其中第a、b项属于系统误差，c、d、e、f属于随机误差，而b、c、d、e又可以通归到系统电磁干扰问题。

因此，影响测试系统测试精度的因素主要分为三个部分。第一部分是所选用电子元器件的参数离散性导致的，第二部分是由于系统的电磁干扰引起的，而系统的电磁干扰又包括几个方面的内容：PCB板卡的布局和布线、信号的长线传输、阻抗匹配问题、电磁兼容问题等，第三部分是数字滤波。

由于不同的因素对整个测试系统的测试精度影响的程度是不同的，不能一概而论。设整个测试系统测试误差为Y，电子元器件的参数离散占X1，影响程度设为a，系统电磁干扰占X2，影响程度设为b，数字滤波占X3，影响程度设为c。

Y=X1×a+X2×b+X3×c

系统电磁干扰又包括四个方面，设PCB板卡的布局和布线占系统电磁干扰的为X21，影响程度为b1，信号的长线传输占系统电磁干扰的为X22，影响程度设为b2，阻抗匹配问题占系统电磁干扰的为X23，影响程度设为b3，电磁兼容问题占系统电磁干扰的为X24，影响程度设为b4。可以得到整个系统的测试误差：

Y= X1×a+X21×b1+ X22×b2+ X23×b3+ X24×b4+X3×c

4 误差处理措施

1 选择精度高、质量等级高的元器件。精度高、质量等级高的元器件稳定性好，受温度、电压等的影响小，失效率低 ，可以提高整个系统的稳定性。

2 隔离导体上的高电平线和低电平线；

3 地线放在信号线中间；

4 任何不使用的连接器引脚应放在信号线之间，并接地；

5 按信号特征设计接地系统，分低频信号、高频信号和数字信号分别进行接地设计；，如果需要采取其它降噪措施时，可以使用变压器和光耦来实现；

6 考虑信号在终端的反射，采取阻抗匹配措施；

7 采用光耦隔离和差分传输的方式传输数字信号，避免干扰；

8 合理布置PCB板；