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2021年 第41卷 第1期    刊出日期：2021-02-25

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计量技术综述

宽频谱表面轮廓形貌干涉检测技术进展

高志山, 赵雨晴, 马剑秋, 袁群

2021, 41(1):  1-8.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.01

摘要 ( 45 )   PDF (5767KB) ( 127 )  

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中国先进制造业发展很快。其中，光学元件制造向尺度愈来愈大（单体直径达数米）和愈来愈小（尺度在微纳米量级）极端方向发展，对非接触式光学检测技术带来新的挑战，本文以光学表面宽频谱轮廓形貌的检测技术及仪器为例，分析国内外的发展概貌与趋势，展现了中国自主研发的系列光学干涉检测仪器成果，对于解决卡脖子问题，具有科学意义。

红外辐射特性校准技术研究进展

丁文皓, 张霞, 方奇

2021, 41(1):  9-14.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.02

摘要 ( 55 )   PDF (3346KB) ( 77 )  

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红外辐射特性测试在军民领域应用广泛，尤其是对于军用武器装备对抗红外探测打击意义重大。因此，针对提高红外辐射特性测试精度的校准技术成为研究重点。本文从标准黑体辐射源、校准方法和辐射计定标技术三个方面，简述国内外的研究进展。对研究涉及得到计量校准方法和成果进行论述比较，为相关人员提供技术参考，并提出今后的研究方向。

量值传递技术

长波传播时延特性及差分授时可行性分析

燕保荣, 李云, 郭伟, 华宇

2021, 41(1):  15-19.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.03

摘要 ( 61 )   PDF (3150KB) ( 122 )  

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针对长波传播路径的复杂性以及气象条件的实时性变化导致长波传播时延难以精确预测，从而影响长波授时精度的问题。鉴于长波传播时延影响因素在一定空间范围内具有缓慢变化的特点，可以将差分方法应用于长波授时。利用标校过的长波接收机在不同传播距离上进行路径时延的静态测试，邻近测试点同时采集数据用于传播时延特性以及差分授时可行性的分析。实测数据表明，测试点测量的精确传播时延并不是恒定值，在一天各时段内会有些许波动，滤波后波动范围不超过60ns，这是由于传播路径上气象条件、传播介质的电参数等因素实时变化的结果；邻近测试点在相同时间段内具有相似的变化趋势，对两点测量数据Kalman滤波后的相关系数大于0.7，体现为高度的线性相关。综合分析可得：在一定范围内，气象条件、传播介质的电参数、地形起伏等因素近似相同，长波传播时延具有一定的时间空间相关性，可以利用差分方法消除传播路径上的实时变化，提高长波授时精度。

多通道时间间隔实时分析仪设计与实现

邓智峰, 刘娅, 刘音华, 肖波, 王嘉琛

2021, 41(1):  20-26.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.04

摘要 ( 29 )   PDF (1945KB) ( 59 )  

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针对现代时间间隔测量领域对测量仪器大量程、多通道、实时分析的要求，设计并实现了一台时间间隔实时分析仪原理样机。采用脉冲计数法对时间间隔进行大量程粗测，结合时间-数字转换芯片构建插值模块进行精密细测，整个仪器实现了8通道时间间隔的并行精密测量。同时使用低成本小型化的微控制器对时间间隔测量结果进行图形显示、实时分析和存储。测试结果表明，本仪器测量秒脉冲信号间时差标准差优于45ps，测量稳定度5.68ps@1 000s；可以实时分析取样间隔1s到10 000s的阿伦方差和时间偏差。

基于TDC和ARM的高精度北斗授时系统设计

孙雪淋, 秦明伟, 胡贵林

2021, 41(1):  27-32.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.05

摘要 ( 38 )   PDF (864KB) ( 49 )  

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针对已有的电力、通信等授时系统精度较低的问题，设计了一种基于TDC和ARM的高精度北斗授时系统。该系统以STM32F2xx/STM32F4xx芯片作为核心信号处理器，对比标准1PPS与1PPS的相位差，结合TDC对时间延时的高精度测量技术，采用PID算法调整本地OCXO压控值，使OCXO输出稳定的时钟频率，进而达到高精度授时目的。目前，北斗接收机授时精度一般优于50ns，而授时精度低于20ns即达到高精度授时标准。实验结果表明，该方法授时精度能达到13ns，能够实现北斗高精度授时。

低频三维磁场测量系统研制

李祥麟, 吴静, 金海彬, 李怡濛

2021, 41(1):  33-37.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.06

摘要 ( 35 )   PDF (1318KB) ( 66 )  

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低频10Hz～20kHz的电磁波在气象观测、地质勘探、远距通信等领域具有广泛应用。为了监测该频段的电磁辐射，本文设计了三轴正交方形天线用于测量低频磁场，采用基于AD797与OP27的双级放大电路对磁场感应电压信号进行调理和放大，采用NI-9222数据采集卡实现对信号波形进行采集，利用短时傅里叶变换对信号进行时频分析。所研制的测量系统可测量0.15pT～340nT的时变磁场，电路仿真和实际测试结果表明系统具有良好的幅频特性，能够有效监测出电网变电站附近的弱低频电磁辐射。

器件串联电阻对脉冲电流结温测试方法影响研究

郑世棋, 李灏, 翟玉卫, 刘岩, 韩伟, 吴爱华

2021, 41(1):  38-42.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.07

摘要 ( 51 )   PDF (1276KB) ( 42 )  

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半导体器件电学法结温测试过程中，校温过程同测温过程的热分布状态存在差异，导致串联电阻阻值不一致，是影响脉冲电流方法结温测试准确性的重要原因。以功率二极管为研究对象，通过搭建脉冲电流结温测量装置，对器件整体及主要串联电阻温升进行了电学测试，并利用红外测试手段进行了验证。结果显示，键合线同芯片存在显著温度差异，其串联电阻的改变会导致整体测温结果发生较大偏差。

基于静态累积法的极小气体流量测量研究

冯天佑, 成永军, 陈联, 赵澜, 孙冬花, 张瑞年

2021, 41(1):  43-47.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.08

摘要 ( 47 )   PDF (2333KB) ( 37 )  

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通过静态膨胀法与固定流导法获得了(10^-9～10^-14)Pam³/s的氦标准气体流量，并采用静态累积法对所产生的极小气体流量进行了测量，相应的氦离子流上升率在(10^-10～10^-15)A/s范围。实验结果表明：气体流量静态累积时的离子流波动随流量降低逐渐增大，降至1.69×10^-14Pam³/s时，多个数据点已偏离上升率拟合线较远，此时达到测量下限。在(10^-9～7.66×10^-12)Pam³/s范围，气体流量与对应离子流上升率有很好的线性，最大偏差为6.8%；当气体流量小于7.66×10^-12Pam³/s时，标准流量与离子流上升率的对应关系呈现出明显的非线性。

精密测试技术

用于里德堡原子高精度微波电场测量的小型化激光系统设计与实现

成永杰, 靳刚, 刘星汛, 齐万泉, 何军

2021, 41(1):  48-52.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.09

摘要 ( 54 )   PDF (1149KB) ( 118 )  

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基于里德堡原子量子相干效应的微波电场测量灵敏度高、动态范围大、测量不确定度小，有望成为新一代可直接溯源至国际单位制（SI）的微波电场基准。本文介绍了一种可用于铯原子里德堡态激发的小型化绿光激光系统。该激光系统采用Littorw型光栅外腔反馈结构，实现了输出功率大于80mW的单频509nm绿光激光。利用该激光系统结合常规852nm激光实现了铯原子50D和50S里德堡态电磁感应透明（EIT）光谱。该激光系统的实现，为微型化、可扩展的绿光激光系统提供一种可行性方案，有利于实用化原子介质电场精密测量设备的实现。

基于自适应门限的改进BigBand算法

庞健, 秦明伟, 王焕, 姚远程

2021, 41(1):  53-57.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.10

摘要 ( 39 )   PDF (1255KB) ( 54 )  

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BigBand算法是一种利用信号普遍稀疏特性的欠采样算法。传统BigBand算法依靠经验设置固定门限，在低信噪比和噪声变化剧烈的情况下，频谱混叠会使噪声的值被叠加放大，信号与噪声难以明显区分，频谱感知能力差。针对该问题，提出了一种基于自适应门限的改进BigBand算法，利用预设信号虚警概率获得初始噪声门限和信号门限，并根据感知环境信噪比动态调整门限阈值，再依据经验选择噪声或信号门限作为门限阈值进行信号判决与感知。实验结果表明，相较于传统BigBand算法，该改进算法能适应低信噪比和噪声变化剧烈的环境，抗干扰性较好，具有更好的频谱感知能力。

ITU-R P.1546模型的修正影响和适用性研究

陈振源, 严天峰, 孙禹, 高锐

2021, 41(1):  58-63.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.11

摘要 ( 80 )   PDF (1938KB) ( 93 )  

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为了分析ITU-R P.1546传播模型在兰州地区的准确性和适用性，在ITU-R P.1546建议书的基础上，通过Matlab对建议书中提到的修正方法进行修正，同时对兰州地区进行实际测试，并与传统Okumura-hata模型进行比较分析。分析结果表明：在兰州地区ITU-R P.1546传播模型相比于传统模型具有较高的精度，再通过对地形净空角、发射机的净空角、接收天线高度等参数的校正，使得模型损耗的均方误差在安宁地区降低了16.6%，白银地区降低了18.6%。其中当发射机和接收机路径之上存在较高障碍时，对模型的地形净空角的修正与否和实际损耗之间会存在较大的区别。该研究结果可为ITU-R P.1546模型的传播预测和本地化研究等方面提供参考依据。

基于CPU+FPGA的罗兰C导航系统模拟器

崔科, 李嘉颖, 路辉

2021, 41(1):  64-70.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.12

摘要 ( 71 )   PDF (6182KB) ( 67 )  

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根据罗兰C导航系统信号的基本特征，以软件无线电理论为指导思想，设计一种罗兰C系统信号模拟器。该模拟器采用通用计算机和现场可编程门阵列(FPGA)芯片构建上位机、下位机架构，基于PCIE进行上下位机通信，模拟产生罗兰C导航系统信号。针对实际信号环境，该模拟器可以模拟多台链信号、天波信号、单频干扰、噪声干扰等信号场景。该模拟器可应用于罗兰C信号特征研究及接收设备的维修检测等。

铯原子Ramsey跃迁仿真模型与实验研究

闫雨菲, 陈海军, 冯进军

2021, 41(1):  71-76.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.13

摘要 ( 43 )   PDF (2523KB) ( 63 )  

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基于现有理论，建立了一种铯原子Ramsey跃迁仿真模型。该模型不仅可以对理想情况下微波腔内发生的跃迁线形进行仿真模拟，而且能够对铯束频标中比较常见的相邻σ跃迁、微波腔两互作用区相位差，以及C场不均匀对跃迁线形的影响进行模拟。实验测试与仿真模拟的对比表明：利用本模型可以高度还原铯束频标实验测得的跃迁线形，并给出具体的参数偏差，对铯束频标的频移分析与控制具有重要的指导作用。

组织等效参考人体模设计与研究

王菲菲, 高飞, 徐阳, 刘蕴韬, 刘川凤, 倪宁

2021, 41(1):  77-82.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.14

摘要 ( 86 )   PDF (2035KB) ( 101 )  

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为了开展人体对电离辐射吸收剂量研究，利用3D打印技术研制了组织等效参考人体模。对体模材料的有效原子序数及单位质量电子密度进行了计算，利用实验验证了密度、元素组成比及质量衰减系数等参数，并基于蒙特卡罗方法模拟得到体模材料的质量衰减系数，将上述参数与标准值进行比对。验证结果表明体模制作材料具有针对⁶⁰Coγ射线的组织等效性。在⁶⁰Coγ辐射场中开展了器官吸收剂量实验，利用指型电离室测量了体模组织器官中的吸收剂量。基于MCNP软件获得部分修正因子及各器官材料与空气质能吸收系数之比，得到各器官吸收剂量值，为放射治疗质量保证工作提供参考。

计量保障技术

发动机尾焰微波衰减测试方法研究

曹月, 孙小续

2021, 41(1):  83-88.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.15

摘要 ( 35 )   PDF (979KB) ( 54 )  

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基于发动机试验环境，研究了发动机尾焰微波衰减的测试方法，搭建了一套微波衰减测试系统，能够实现多频点测量，并对发动机尾焰微波衰减测试系统的研究路线、测试原理、硬件组成、现场布局、测试系统定标技术、测量设备不确定度、试验结果进行了介绍；试验结果表明，该测试系统具有较好的测试效果，测试精度能够满足要求。经过现场试验获得大量实测数据，通过有效的数据处理，能够预估发动机尾焰对微波信号传输的影响。

在轨质量测量仪地面校准技术研究

廖航, 彭建国, 周鑫

2021, 41(1):  89-94.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.16

摘要 ( 30 )   PDF (888KB) ( 61 )  

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为验证在轨质量测量仪在空间微重力环境下的性能指标和测量精度，依据测量仪测量原理，阐述了其地面校准方法，建立了地面校准系统，并工程化实现了地面校准装置，通过模拟水平二维微重力环境，验证其性能及测量精度。实验结果表明，该校准技术及校准装置系统的测量误差均在指标范围内，可应用于同类质量测量仪器在特殊环境下的地面校准，可推广性强，具有较好的工程应用价值和广阔的应用前景。

基于浅海声信道特征测量的舰船水下辐射噪声源级获取方法

刘玉财, 陈毅, 易文胜

2021, 41(1):  95-100.  doi:10.12060/j.issn.1000-7202.2021.01.17

摘要 ( 38 )   PDF (1371KB) ( 42 )  

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针对浅海信道环境下舰船水下辐射噪声测量问题，介绍了一种基于水域声信道传播特征的舰船噪声源级工程测试方法，该方法通过多基元空间能量平均方法来实现。通过探讨以能量平均声压级曲线来表征浅水域水下声传播特征，提出了一个适用于浅水域声传播规律的计算经验公式。对所提测量方法的可行性和准确性进行了仿真分析和湖上试验，结果证明了采用空间能量平均处理方法可以很好的抑制因浅水域声场起伏而带来的高测量误差，对于提高舰船水下辐射噪声测量的准确性具有一定的参考价值。