3. Погрешности информационно–измерительных систем. Методы оценки

Экспериментатор, планируя измерения, должен иметь сведения о точности подсистем информационно–измерительной системы летных испытаний (бортовой, внешнетраекторной, радиотелеметрической) для оценки ожидаемой точности измерений и сопоставления ее с требуемой. Эти сведения должны быть представлены в одних и тех же критериях. Кроме того, если бортовые датчики, согласующие устройства и регистрирующие устройства в соответствии с целью и задачами летного эксперимента выбираются или заказываются экспериментатором из большого набора приборов, выпускаемых серийно, то измерительная трасса, оснащенная средствами внешнетраекторных и радиотехнических измерений, достаточно универсальна для проведения различных летных испытаний и может быть использована в конкретном эксперименте в соответствии с ее возможностями. Таким образом, для оценки результатов летного эксперимента необходимо, прежде всего, на основе известных погрешностей отдельных средств и подсистем информационно–измерительной системы оценить ее точность в целом.

Методы оценки погрешностей одномерных измерительных устройств хорошо разработаны и в основном закреплены законодательно. Эти же методы распространяются (с определенными допущениями) на информационно–измерительные системы последовательной структуры. К ним можно отнести, например, оценку точности системы измерения какой-либо физической величины, состоящей из датчика, согласующего устройства и регистратора, или оценку точности информационно–измерительной системы, если известна погрешность измерительной системы и системы обработки.

Информационно–измерительные системы летных испытаний – системы многомерные, структура простейших из них параллельная или параллельно–последовательная. Разработка методов оценки погрешностей таких систем еще не завершена. Некоторые рекомендации для оценки их точности, изложенные в классических работах, а также используемые практически при летных испытаниях, приведены ниже.

При летных испытаниях различные физические величины имеют разные пределы измерения и требования к точности их измерения различны. В большинстве случаев целесообразна оценка погрешности информационно–измерительной системы для каждой измеряемой величины и введение критерия оценки ее погрешности в целом в виде совокупности оценок погрешности измеряемых ею физических величин

.

Например, радиотехническая измерительная система оценивается совокупностью погрешностей измерения дальности, углов визирования, скорости изменения дальности и производных углов. Точно также, погрешности n-мерной бортовой и радиотелеметрической систем оцениваются n-мерным вектором, где каждый компонент вектора – погрешность измерения одного входного сигнала.

Оценка погрешности информационно–измерительной системы. Для предварительной оценки составляющих вектора основной статической погрешности N-мерной информационно–измерительной системы, состоящей из n различных преобразователей, участвующих в измерении одной физической величины, погрешности которых известны (рис. 3), имеем в линейном приближении

.

Здесь – абсолютная погрешность j-ro преобразователя; – выходной сигнал, соответствующий i-й измеряемой величине; – выходной сигнал j-го преобразователя; – коэффициент влияния j-го преобразователя на соответствующую компоненту погрешности информационно–измерительной системы, зависящий от типа связей.

Рис. 3. К оценке погрешностей информационно–измерительной системы:

n – количество преобразований; 1, ..., j, ..., n – преобразователи; – абсолютная погрешность j-го преобразователя; – выходной сигнал j-го преобразователя; – выходной сигнал информационно–измерительной системы.

При оценке относительной погрешности информационно–измерительной системы это выражение принимает вид

,

где – безразмерный коэффициент влияния j-ro преобразователя.

Индекс «0» у производной в приведенном выражении подчеркивает, что коэффициент влияния вычисляется для нормальных условий. Коэффициент влияния зависит от схемы включения преобразователя в информационно–измерительной системе и от оператора преобразователя.

Если зависимости пропорциональные и связь между измерительными преобразователями последовательная, то , т.е. относительная погрешность любого преобразователя приводится к выходу информационно–измерительной системы без трансформации. Именно поэтому суммарная относительная среднеквадратичная погрешность бортовой информационно–измерительной системы оценивается выражением

,

где –~ соответствующие погрешности датчика, согласующего устройства и регистратора.

Подобный вид имеет выражение для оценки суммарной относительной среднеквадратичной погрешности информационно–измерительной системы, состоящей из измерительной системы и системы обработки , где – среднеквадратичные погрешности измерительной системы и системы обработки.

Каждая из составляющих погрешностей в суммарной погрешности информационно–измерительной системы оценивается теоретически и проверяется экспериментально в лабораторных условиях в соответствии с нормативными документами (ГОСТ, ОСТ, методики, инструкции). Окончательная оценка погрешности информационно–измерительной системы выполняется экспериментально в условиях, имитирующих летный эксперимент или при проведении специального летного эксперимента.