量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法、装置及设备

本申请涉及计量，特别涉及一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法、装置及设备。

背景技术：

1、在交流电压测量领域，相关技术通常是以pjvs(programmable josephsonvoltage standard，可编程约瑟夫森电压基准)产生量子电压阶梯波信号，继而通过差分采样实现对正弦电压信号的校准，但采用pjvs产生量子电压阶梯波信号过程中，在其每个量子电压台阶的两端存在微秒量级的过渡过程，导致量子电压台阶两端的采样数据偏离设定值。

2、为保证量子电压阶梯波信号测量的准确性，相关技术中通用的做法是剔除过渡过程的采样数据，仅利用每个量子电压台阶中段平稳区的采样数据进行时域或频域分解，以实现对正弦交流电压幅值和相位的准确提取。而精准实现上述方法的主要难点，是如何区分量子电压台阶上的平稳区与过渡区，若使用数据筛选常用准则即3σ准则，在量子电压台阶平稳区的采样数据相对于台阶所有采样数据的占比较小时，容易出现对平稳区与过渡区判定混淆的情况，鲁棒性不足。

技术实现思路

1、本申请提供一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术在量子电压台阶平稳区的采样数据相对于台阶所有采样数据的占比较小时，容易出现对平稳区与过渡区判定混淆的情况，以及存在的鲁棒性差、测量准确性低等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法，包括以下步骤：使可编程约瑟夫森电压基准pjvs按正弦规律输出阶梯波电压信号，基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线；以量子电压台阶的预设位置为起点，根据所述关系特性曲线分别构建量子电压台阶的正向数组和负向数组，基于所述正向数组和所述负向数组计算基波幅值的不确定度；以量子电压台阶的预设位置为起点，搜寻所述量子电压台阶两端中每一端所述基波幅值的不确定度中最小不确定度，根据两端的最小不确定度各自对应的采样点之间的采样数据区间为所述平稳区，其他采样数据区间为过渡区，基于所述平稳区测量量子电压阶梯波信号。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设位置为所述量子电压台阶的中心位置，在搜索时忽略所述预设位置的相邻采样点。

4、可选地，在本申请的一个实施例中，所述pjvs按正弦规律输出的阶梯波电压信号，一个周期内共有n个量子电压台阶，基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线之前，还包括：对每个量子电压台阶等间隔地采样m个数据。

5、可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线，包括：在一个正弦周期内，利用每个量子电压台阶上第i个采样点的采样数据共n个组成数组，得到m个数组；对所述m个数组中每个数组进行正弦波拟合，并对所拟合的正弦波电压进行时域单频分解，得到所述关系特性曲线。

6、可选地，在本申请的一个实施例中，所述基波幅值的不确定度的计算公式为：

7、

8、

9、其中，表示正向数组a+所包含基波幅值数据的平均值；表示负向数组a-所包含基波幅值数据的平均值，a+(i)表示正向数组a+中第i点的基波幅值，a-(i)表示负向数组a-中第i点的基波幅值，p1表示正向采样点，表示正向采样点的最大值，p2表示负向采样点，表示负向采样点的最大值。

10、本申请第二方面实施例提供一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分装置，包括：第一采样模块，用于使可编程约瑟夫森电压基准pjvs按正弦规律输出阶梯波电压信号，基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线；构建模块，用于以量子电压台阶的预设位置为起点，根据所述关系特性曲线分别构建量子电压台阶的正向数组和负向数组，基于所述正向数组和所述负向数组计算基波幅值的不确定度；搜寻模块，用于以量子电压台阶的预设位置为起点，搜寻所述量子电压台阶两端中每一端所述基波幅值的不确定度中最小不确定度，根据两端的最小不确定度各自对应的采样点之间的采样数据区间为所述平稳区，其他采样数据区间为过渡区，基于所述平稳区测量量子电压阶梯波信号。

11、可选地，在本申请的一个实施例中，所述预设位置为所述量子电压台阶的中心位置，在搜索时忽略所述预设位置的相邻采样点。

12、可选地，在本申请的一个实施例中，所述pjvs按正弦规律输出的阶梯波电压信号，一个周期内共有n个量子电压台阶，还包括：第二采样模块，用于基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线之前，对每个量子电压台阶等间隔地采样m个数据。

13、可选地，在本申请的一个实施例中，所述第一采样模块进一步用于在一个正弦周期内，利用每个量子电压台阶上第i个采样点的采样数据共n个组成数组，得到m个数组；对所述m个数组中每个数组进行正弦波拟合，并对所拟合的正弦波电压进行时域单频分解，得到所述关系特性曲线。

14、可选地，在本申请的一个实施例中，所述基波幅值的不确定度的计算公式为：

15、

16、

17、其中，表示正向数组a+所包含基波幅值数据的平均值；表示负向数组a-所包含基波幅值数据的平均值，a+(i)表示正向数组a+中第i点的基波幅值，a-(i)表示负向数组a-中第i点的基波幅值，p1表示正向采样点，表示正向采样点的最大值，p2表示负向采样点，表示负向采样点的最大值。

18、本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法。

19、本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法。

20、由此，本申请至少具有如下有益效果：

21、本申请实施例可以利用pjvs按正弦规律输出阶梯波电压信号，并对其进行等间隔采样，基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线；以量子电压台阶的中间点为起点，分别从正向和负向搜寻基波幅值的不确定度中的最小值，两个基波幅值数据的不确定度最小值所对应的数据采样点，即被判断为量子电压台阶平稳区的边界，以此完成量子电压台阶上平稳区与过渡区的准确划分，有效提升量子电压阶梯波信号的测量准确性。由此，解决了相关技术中使用数据筛选3σ准则容易出现对平稳区与过渡区判定混淆的情况，以及存在的鲁棒性差、测量准确性低等问题。

22、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设位置为所述量子电压台阶的中心位置，在搜索时忽略所述预设位置的相邻采样点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pjvs按正弦规律输出的阶梯波电压信号，一个周期内共有n个量子电压台阶，基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线之前，还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于每个周期正弦波内所有量子电压台阶采样数据生成基波幅值与采样数据的关系特性曲线，包括：

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述基波幅值的不确定度的计算公式为：

6.一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设位置为所述量子电压台阶的中心位置，在搜索时忽略所述预设位置的相邻采样点。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述pjvs按正弦规律输出的阶梯波电压信号，一个周期内共有n个量子电压台阶，还包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一采样模块进一步用于：

10.根据权利要求6-9任意一项所述的装置，其特征在于，所述基波幅值的不确定度的计算公式为：

11.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法。

技术总结
本申请涉及计量技术领域，特别涉及一种量子电压台阶平稳区与过渡区的区分方法、装置及设备，其中，方法包括：使PJVS按正弦规律输出阶梯波电压信号，将每个周期正弦波的所有量子电压台阶上的采样数据进行分组，并进行正弦波拟合，继而将所拟合的正弦波电压进行时域单频分解得到基波幅值；以量子电压台阶的预设位置为起点，分别从正向和负向搜寻基波幅值的不确定度的最小值，两端的最小不确定度各自对应的采样点之间的采样数据区间划分为平稳区，以此完成量子电压台阶上平稳区与过渡区的划分。由此，解决了相关技术中使用数据筛选3σ准则容易出现对平稳区与过渡区判定混淆的情况，以及存在的鲁棒性差、测量准确性低等问题。

技术研发人员：李世松,徐晴,王思云,陈铭明,李志新,卢树峰,段梅梅,赵伟,麻滨麒
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12