计量量子化变革对我国工业计量的影响(4)

3.3 量子计量与虚拟仪器技术的结合应用

工业计量中有许多任务涉及到各种量值的波形计量，从简单的正弦波、脉冲波、阶跃波、猝发信号波形、随机信号波形，到模拟调制的AM，FM，PM波形及数字调制的各种码流等波形序列，复杂多样。量子化计量标准通常很难提供复杂多变的波形，因而，可以将波形参量提取出来并与量子化计量标准相比较的虚拟仪器技术应该是工业计量的一个非常有前景的发展方向［21-22］。通过芯片化的量子化计量标准、A/D和D/A技术，以及通用数据采集平台、通用任意波发生器平台、数字信号处理技术、模型化测量方法等，各种理论、方法、技术相融合，推动和解决量子化物理量值向复杂波形参数的量值传递问题，从而最终解决工业产品及系统中的复杂波形参量的计量校准问题。在航空行业尤其如此。

3.4 芯片化计量技术的推动作用

芯片化计量技术是以美国国家标准技术研究院（NIST）为首的西方发达国家计量院所近年来推出的一个计量技术发展方向。本身包含三个层次：首先是现有计量标准的小型化、芯片化、集成化，试图将庞大复杂的计量标准实现芯片尺度的缩微集成，以便降低成本和灵活运用；其次是将众多不同量值的计量标准集成到一片芯片上，从而实现一片多值的复合芯片级计量标准状态；最后是实现量子化计量标准的芯片化集成，使其不再需要外部溯源，从而彻底解决物理量值的溯源问题。

目前，机载信息化武器装备在使用过程中，其常规传感/测试系统需要拆卸进行离线计量校准、维修保养，传感/测试与计量校准分立，极大影响了装备运行效率并制约装备智能化发展。基于嵌入式的芯片级计量标准和传感技术具有长期稳定性、高准确度、可实时监测和多测量参数集成的优点，可以提升航空装备的测量精度，提升武器装备试验效率，提高装备智能化发展水平。

首先，芯片级计量设备可直接嵌入到待测设备中，实现不受环境干扰的实时测量，在保证测量精度的前提下，有利于各种武器装备与系统的小型化和集成化。

例如，基于量子光学的芯片级光梳，可应用于激光测距领域，特别针对一些便携化的测距应用场合（如无人驾驶飞机或卫星、智能工厂的过程控制）。这些应用程序对测量速度和精度以及光学测距系统的尺寸都有非常严格的要求。

芯片级光梳，也可以为将来便携式激光测距仪、小型化激光雷达、微型无人机等高新武器装备提供更精密的激光源，有利于无人机等装备的小型化、便携化与集成化发展。同时，芯片级光梳作为频率梳齿，可以直接对长度量值进行校准溯源，对军事领域广泛应用的中红外激光源进行校准。

其次，基于量子原理的计量标准芯片，具有长期稳定性，量值直接溯源到基本物理量，无需外部溯源，可以提高量子化芯片标准的武器装备的试验效率。如基于量子原理的芯片级原子钟，可直接嵌入分布式传感器、武器平台、指挥控制系统，实现作战所需的时间同步精度，确保通信和协同准确。

特别是在卫星导航信号拒止的情况下，芯片级原子钟可确保用时终端在一定的时间内，仍具有精确的导航、定位和授时能力。如在导弹制导过程中，因导弹飞行速度快，位置变化快，需要维持精准的时间才能确保打击效果。虽然在打击时间、位置的导航定位上，不需要原子钟级别的时间同步，但导弹与地面、卫星的通信控制需要高精度时间同步。在导弹飞行试验过程中，需要时刻保持与测控基站、信息收集站的高带宽数据传输，同时，必须保持时间高度同步。芯片级原子钟嵌入到导航系统中，使其在短时间飞行过程中摆脱卫星导航时间同步的束缚（飞行速度快、信号质量差、周围没有差分站等等），可大幅提高武器试射工作的质量效益。

最后，芯片级计量能将多个量值参数计量标准集成在一个芯片模块上，实现集多参量、高精度为一体的芯片级综合计量，可以节约计量测试成本，促进武器装备智能化发展。如采用一块集成了温度、湿度、压力、时间、长度的芯片级传感器，将其应用在武器装备测试现场，可极大节省准备计量校准的时间，降低测试成本，促进武器装备的智能化发展。

4 结语

综上可见，计量单位制的变革给计量行业带来了新的挑战，量子化计量为新一轮的工业革命带来契机。工业计量行业，若能围绕产品与装备的自主创新发展需求，积极开展先进计量测试技术理论的研究探索，研究评价各类量子测量方案的先进性与可行性，将为行业计量开辟出一个前所未有的新天地。真正践行“科技要发展，计量须先行”理念，落实“需求牵引、技术推动”原则，在未来新一代装备与产品的自主创新发展进程中发挥坚实可靠的基础技术支撑作用，为我国自主工业产品的技术先进性与量产可靠性提供技术保障与支撑。

文章来源：《航空学报》 网址: http://www.hkxbzz.cn/qikandaodu/2021/0522/1235.html