王 凌

(海軍駐中國(guó)電子科技集團(tuán)第十研究所軍事代表室，成都 610036)

時(shí)間基準(zhǔn)及其在雷達(dá)裝備中的應(yīng)用要求

王 凌

(海軍駐中國(guó)電子科技集團(tuán)第十研究所軍事代表室，成都 610036)

精準(zhǔn)的時(shí)間基準(zhǔn)是雷達(dá)等電子裝備實(shí)現(xiàn)精確探測(cè)的基礎(chǔ)。本文介紹了時(shí)間的單位、計(jì)量時(shí)間的設(shè)備、時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)、世界統(tǒng)一時(shí)間的形成，并介紹了雷達(dá)授時(shí)方法與授時(shí)網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)闡述了授時(shí)產(chǎn)品在裝備中的應(yīng)用，包括授時(shí)產(chǎn)品在網(wǎng)路化協(xié)同探測(cè)、電力系統(tǒng)、軍用通訊和軍用網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

時(shí)間基準(zhǔn)；授時(shí)產(chǎn)品；雷達(dá)；電子裝備

0 引 言

精準(zhǔn)的時(shí)間基準(zhǔn)是雷達(dá)等電子裝備實(shí)現(xiàn)精確探測(cè)的基礎(chǔ)。隨著電子裝備技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用功能、應(yīng)用模式的拓展，對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)提出了更高的要求。雷達(dá)高精度探測(cè)的基準(zhǔn)時(shí)間要求已快速拓展至納秒級(jí)，且需具備高穩(wěn)定和高度一致等能力，為此多類基準(zhǔn)授時(shí)方法已得到應(yīng)用。本文主要介紹時(shí)間的單位、計(jì)算時(shí)間的設(shè)備、時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)、世界統(tǒng)一時(shí)間的形成、統(tǒng)一時(shí)間的作用、授時(shí)的方法、不同領(lǐng)域所使用的時(shí)間統(tǒng)一的產(chǎn)品等[1]。

雷達(dá)常用時(shí)間單位主要有：年(y)、月(m)、日(d)、小時(shí)(h)、分(min)、秒(s)、毫秒(ms)、微秒(μs)、納秒(ns)。

雷達(dá)常用時(shí)間計(jì)算參照標(biāo)準(zhǔn)主要有：

(1) 世界時(shí)，簡(jiǎn)稱UT，為基于地球自轉(zhuǎn)確立的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，是由地球的自轉(zhuǎn)所形成的太陽(yáng)東升西落“日”時(shí)間概念，由地球公轉(zhuǎn)形成“年”時(shí)間概念，并形成年(y)、月(m)、日(d)、小時(shí)(h)、分(min)、秒(s)等時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 原子時(shí)，簡(jiǎn)稱AT，是利用電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的無(wú)線電頻率進(jìn)行計(jì)時(shí)的方法建立的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生能量并以某一頻率的電磁波形式表現(xiàn)出來(lái)的時(shí)間特性。該特性具有高度穩(wěn)定的固有特點(diǎn)，如銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，基于銫原子9192631770±10/s的頻率和時(shí)間的關(guān)系，形成了原子時(shí)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1 精密時(shí)間在裝備中的作用

早期的電子裝備由于其技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)易、應(yīng)用需求不高，特別是雷達(dá)等裝備尚不具實(shí)時(shí)檢測(cè)或?qū)嵤┙⒛繕?biāo)航跡等功能，因而時(shí)間需求的精確性、穩(wěn)定性等相對(duì)不高，其一般要求為到秒級(jí)即可。

隨著裝備功能發(fā)展和技術(shù)的推動(dòng)，現(xiàn)代裝備尤其是在現(xiàn)代航空、航天、艦船、武器等領(lǐng)域，活動(dòng)范圍涉及區(qū)域廣闊，甚至可達(dá)全球和深空。同時(shí)，由于相關(guān)飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天器等雷達(dá)目標(biāo)的運(yùn)行速度越來(lái)越快，機(jī)動(dòng)特性也越來(lái)越復(fù)雜，為有效實(shí)現(xiàn)對(duì)這些高速度運(yùn)行物體的測(cè)定、定位、控制，除了需要時(shí)間的統(tǒng)一外，還對(duì)時(shí)間的精度提出了極高的要求。因此，高度統(tǒng)一、高度精密的時(shí)間已成為現(xiàn)代雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的基本要求和必不可少的重要手段。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的精確探測(cè)，不僅需要統(tǒng)一的精準(zhǔn)時(shí)鐘，還需要具有高穩(wěn)定性能，其精度要求已需達(dá)到亞微妙級(jí)，甚至更低。因此，建立和實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的、精密的時(shí)間系統(tǒng)和裝備能力已經(jīng)成為國(guó)防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

2 雷達(dá)授時(shí)方法與授時(shí)網(wǎng)絡(luò)

授時(shí)方法在世界各國(guó)都采用原子鐘來(lái)產(chǎn)生和保持標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并通過(guò)各種手段和媒介將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)送達(dá)用戶。將時(shí)間信號(hào)送達(dá)用戶的方法有很多，并形成了衛(wèi)星、短波等授時(shí)系統(tǒng)即“授時(shí)網(wǎng)絡(luò)”。在我國(guó)，授時(shí)工作主要由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心負(fù)責(zé)。我國(guó)目前與世界大多數(shù)國(guó)家一樣，雷達(dá)獲取時(shí)間的授時(shí)方法與授時(shí)網(wǎng)絡(luò)一般有衛(wèi)星授時(shí)、短波授時(shí)、長(zhǎng)波授時(shí)和雷達(dá)內(nèi)部專用授時(shí)。

2.1 衛(wèi)星授時(shí)

由于衛(wèi)星在距離地球很高的太空運(yùn)行，一顆衛(wèi)星的信號(hào)就可以提供給地球上很多雷達(dá)用戶使用，再加上衛(wèi)星信號(hào)從太空直達(dá)地球，干擾少，精度高，所以衛(wèi)星授時(shí)是目前世界公認(rèn)的高精度授時(shí)手段，其授時(shí)精度可以達(dá)到納秒的量級(jí)。

目前，對(duì)世界開(kāi)放、用于全世界授時(shí)的最主要的系統(tǒng)，一個(gè)是美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)，一個(gè)是俄羅斯的GLONASS全球定位系統(tǒng)，另外一個(gè)是我們國(guó)家自己建立的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)共有24顆衛(wèi)星，1973年開(kāi)始研制。俄羅斯的GLONASS全球定位系統(tǒng)共有24顆衛(wèi)星，1973年開(kāi)始發(fā)射第一顆衛(wèi)星。我國(guó)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)2000年開(kāi)始使用，當(dāng)時(shí)只有3顆衛(wèi)星。按照規(guī)劃，到2020年，我國(guó)將建成一個(gè)面向全球的導(dǎo)航系統(tǒng)和一個(gè)面向亞太地區(qū)的具有35顆衛(wèi)星的2個(gè)衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)。截至到2013年，我國(guó)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)在軌運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)16顆。

我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的成功發(fā)射及系統(tǒng)的投入使用，大大提高了我國(guó)自主導(dǎo)航、授時(shí)的能力。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有導(dǎo)航、授時(shí)與通信功能。

2.2 短波授時(shí)

與短波通訊一樣，短波授時(shí)也是利用廣播形式信號(hào)發(fā)送給用戶。短波授時(shí)的天波是依靠電離層對(duì)短波的反射作用傳播的。由于電離層可以反射短波，因此可以將授時(shí)臺(tái)的信號(hào)傳到很遙遠(yuǎn)的地方。所以，一個(gè)短波授時(shí)臺(tái)可以有很大的授時(shí)范圍。

短波授時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋廣，授時(shí)設(shè)備簡(jiǎn)單，接收設(shè)備簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)是誤差較大，授時(shí)精度只能達(dá)到毫秒量級(jí)，且噪聲大、干擾多等。

2.3 長(zhǎng)波授時(shí)

長(zhǎng)波授時(shí)也是一種很多國(guó)家使用的一種授時(shí)方式。我國(guó)的長(zhǎng)波授時(shí)由國(guó)家授時(shí)中心利用廣播電臺(tái)把信號(hào)發(fā)送給用戶。

長(zhǎng)波授時(shí)比短波授時(shí)有一定的優(yōu)勢(shì)，一是距離較遠(yuǎn)，可達(dá)3000 km；二是誤差小，精度高，發(fā)播頻率準(zhǔn)確度可達(dá)10-12。

2.4 雷達(dá)內(nèi)部專用授時(shí)

雷達(dá)內(nèi)部專用授時(shí)是指基于時(shí)間計(jì)算參照標(biāo)準(zhǔn)的上層系統(tǒng)授時(shí)和雷達(dá)自授時(shí)的專用授時(shí)系統(tǒng)，主要用于對(duì)雷達(dá)目標(biāo)搜索和測(cè)量。

3 授時(shí)產(chǎn)品在裝備中的應(yīng)用

3.1 授時(shí)產(chǎn)品在網(wǎng)路化協(xié)同探測(cè)中的應(yīng)用

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，雷達(dá)裝備將面臨各種類型的飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈、火炮和電子信息目標(biāo)的威脅，必須具備嚴(yán)格的基于空間的導(dǎo)航和時(shí)間基準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精準(zhǔn)探測(cè)和測(cè)量。特別是針對(duì)現(xiàn)代雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)中，由于需實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)多種復(fù)雜布站、體制和功能雷達(dá)傳感器的實(shí)時(shí)協(xié)同探測(cè)能力，必須保持時(shí)間的高度一致。

近年來(lái)，時(shí)間同步產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。主要授時(shí)產(chǎn)品都是按照國(guó)標(biāo)及軍標(biāo)要求研發(fā)、生產(chǎn)的產(chǎn)品。產(chǎn)品在多種類型作戰(zhàn)平臺(tái)使用中性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。目前，典型授時(shí)產(chǎn)品的技術(shù)能力和技術(shù)特點(diǎn)為：

(1) 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)源多樣化。典型時(shí)間同步儀可同時(shí)采用5種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源，其中4種無(wú)線方式和1種有線方式。4種無(wú)線方式分別是北斗、GLONASS、GPS三種衛(wèi)星定位系統(tǒng)和我們國(guó)內(nèi)的短波授時(shí)。另外，還可以通過(guò)有線方式接受外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。

(2) 同時(shí)具有授時(shí)、校時(shí)和守時(shí)功能。授時(shí)精度高，可以達(dá)到百納秒級(jí)以內(nèi)。

(3) 強(qiáng)大的守時(shí)功能。在長(zhǎng)時(shí)間不接收外部時(shí)源信息的情況下，仍然能對(duì)原有的精密時(shí)間信息進(jìn)行保持。這一點(diǎn)，可以對(duì)需要長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行隱蔽、長(zhǎng)時(shí)期與外界切斷聯(lián)系而又需要精密時(shí)間信息的裝備提供特殊的服務(wù)。守時(shí)誤差可達(dá)10毫秒/年級(jí)以內(nèi)。

(4) 極強(qiáng)的環(huán)境適用性。適應(yīng)各種水下、地下、山林、樓區(qū)等多種接收衛(wèi)星、電臺(tái)信號(hào)不方便的場(chǎng)合使用。

(5) 具備優(yōu)異的防潮濕、防雨淋、防鹽霧、防霉菌性能,適合各種惡劣、嚴(yán)酷的環(huán)境。

3.2 授時(shí)產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)離不開(kāi)高精度的時(shí)間設(shè)備，尤其是在高壓電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)若不能在精確時(shí)間前提下進(jìn)行送電、停電、開(kāi)關(guān)閘，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。所以，高精度的授時(shí)產(chǎn)品是電力系統(tǒng)必不可少的重要設(shè)備。因此，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)授時(shí)產(chǎn)品應(yīng)集自動(dòng)校時(shí)、守時(shí)和授時(shí)于一體，具有精度高、智能化等特點(diǎn)，除設(shè)有多種接口外還設(shè)有光纖接口，可遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)間同步信號(hào)。

3.3 授時(shí)產(chǎn)品在軍用通訊中的應(yīng)用

在軍用通訊中，時(shí)間同步是必不可少的一個(gè)組成部分。隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多地對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)提出高精度時(shí)間同步要求。如果時(shí)間不同步，輕則通信聲音斷續(xù)、圖像傳輸抖動(dòng)或是數(shù)據(jù)鏈丟包，重者收不到訊號(hào),無(wú)法進(jìn)行通信。

例如，目前數(shù)據(jù)鏈微秒級(jí)的時(shí)間同步要求。對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈，只需要頻率同步即可提供滿足要求的頻率信息，而對(duì)于最新的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，只是頻率同步已經(jīng)不能滿足要求，所以需要高精度的GPS衛(wèi)星授時(shí)解決同步問(wèn)題。目前，我國(guó)的新一代的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已投入應(yīng)用，出于安全性方面的考慮，通訊系統(tǒng)的授時(shí)系統(tǒng)已開(kāi)始使用我國(guó)北斗來(lái)取代美國(guó)的GPS。

3.4 授時(shí)產(chǎn)品在軍用網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

在沒(méi)有以太網(wǎng)絡(luò)時(shí)，作戰(zhàn)平臺(tái)大部分設(shè)備各自配備一套校時(shí)單元及天線，由于對(duì)時(shí)間精度要求的不同，因此可能采用了不同的時(shí)間基準(zhǔn)和校時(shí)方式。這樣就造成不同設(shè)備間的時(shí)間誤差較大，且校時(shí)天線過(guò)多影響作戰(zhàn)平臺(tái)的整體電磁兼容設(shè)計(jì)和布局。

現(xiàn)代大型作戰(zhàn)平臺(tái)基本都配置內(nèi)部軍用以太網(wǎng)，在以太網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。大型作戰(zhàn)平臺(tái)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行對(duì)敵打擊時(shí)，從警戒雷達(dá)發(fā)現(xiàn)跟蹤目標(biāo)到火控雷達(dá)給武器系統(tǒng)提供精確的目標(biāo)指示，再到武器系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行火力打擊。在這個(gè)過(guò)程中，各相關(guān)設(shè)備必須具備嚴(yán)格統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精準(zhǔn)探測(cè)與打擊。因此，網(wǎng)絡(luò)授時(shí)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)廣播發(fā)送精確的時(shí)間信息，不受距離限制，且僅有一套校時(shí)天線，大大減少了作戰(zhàn)平臺(tái)上校時(shí)天線林立的情況，提高了集成度。

這種網(wǎng)絡(luò)授時(shí)產(chǎn)品的主要特點(diǎn)：

(1) 可以同時(shí)對(duì)多臺(tái)設(shè)備授時(shí)，且不受距離的限制。

(2) 體積小，功耗低，具有精度高、接口通用、智能化等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平。

(3) 時(shí)源多，可以利用BD、GPS、GLONASS、短波四種時(shí)源進(jìn)行授時(shí)、校時(shí)，同時(shí)還配有原子鐘進(jìn)行守時(shí)，當(dāng)其他校時(shí)手段都失效時(shí)仍可保證向用戶提供高精度、高可靠性時(shí)間信號(hào)的產(chǎn)品。

(4) 突破天線與授時(shí)設(shè)備傳統(tǒng)上60 m左右的射頻傳輸距離的限制，使天線到授時(shí)設(shè)備之間的距離可以達(dá)到1500 m以上，為一些天線與授時(shí)設(shè)備之間有較遠(yuǎn)距離的特殊用戶提供了方便。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)裝備的發(fā)展和技術(shù)實(shí)力的進(jìn)步，時(shí)間同步產(chǎn)品必將在雷達(dá)裝備中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。我們相信，時(shí)間同步產(chǎn)品的應(yīng)用一定會(huì)為我國(guó)的國(guó)防建設(shè)、國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出積極的貢獻(xiàn)。

[1] 童寶潤(rùn). 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2003.

[2] 北京匯美電子技術(shù)有限公司. 衛(wèi)星導(dǎo)航、授時(shí)、雷達(dá)產(chǎn)品介紹.www.huimeidianzi.com,2014-12-3.

Time reference and its application requirements in radar equipment

WANG Ling

(Military Representatives Office of the PLA Navy in No.10 Research Institute of CETC, Chengdu 610036)

Accurate time reference is a basis for the radar equipment to realize precision detection. The unit of time, time measurement device, time standards, formation of unified world time as well as radar time service methods and network are introduced. The applications of time service products in the networked cooperative detection, power system, and military communication and network are expatiated.

time reference; time service product; radar; electronic equipment

2014-09-10；

2014-10-20

王凌(1978-)，男，工程師，研究方向：雷達(dá)總體技術(shù)。

TN99

A

1009-0401(2014)04-0013-03