齊 薇

（吉林省計(jì)量科學(xué)研究院（吉林省計(jì)量測試儀器與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）,長春 130103）

現(xiàn)如今，在所有工程技術(shù)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作中，對(duì)于時(shí)間和頻率的標(biāo)準(zhǔn)信息的傳輸來說是必不可少的，如需要用到這一高準(zhǔn)確度高穩(wěn)定度的時(shí)間頻率信號(hào)的有天文觀測、宇宙航天、大地測量、衛(wèi)生跟蹤、相對(duì)論試驗(yàn)、數(shù)字通迅及基本物理試驗(yàn)等，當(dāng)然，通訊和導(dǎo)航是時(shí)間頻率最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于時(shí)間頻率的應(yīng)用具有著較大的經(jīng)濟(jì)意義。

1 時(shí)間頻率傳遞技術(shù)

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，在時(shí)間計(jì)量研究方面也取得了顯著進(jìn)步，尤其是在時(shí)間計(jì)量方面的精確度有了明顯提高，而在理論研究方面在牛頓理論基礎(chǔ)上逐步形成了廣義相對(duì)論。雖然在時(shí)間計(jì)量、理論研究方面取得明顯進(jìn)步，但是在時(shí)間大尺度時(shí)空范圍內(nèi)的時(shí)間頻率傳遞（也就是時(shí)間比對(duì)）方面，還需要繼續(xù)在各個(gè)單臺(tái)原子鐘間進(jìn)行高精度比對(duì)，才能獲取一個(gè)更為精準(zhǔn)的時(shí)間尺度[1]。將準(zhǔn)確的時(shí)間在保持原精準(zhǔn)度基礎(chǔ)上傳遞給用戶稱之為“授時(shí)”，雖然到目前為止授時(shí)的方式、途徑有很多種（如：短波、互聯(lián)網(wǎng)等），目前已經(jīng)研制出可利用衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)的相關(guān)技術(shù)。

1.1 搬運(yùn)鐘

時(shí)間對(duì)比也稱之為“對(duì)鐘”，即對(duì)準(zhǔn)分布在各地的時(shí)鐘，搬鐘是其最直觀的方法，搬鐘可使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鐘，以標(biāo)準(zhǔn)鐘來對(duì)準(zhǔn)分布在各地的鐘。而系統(tǒng)中各時(shí)間的同步，并不是按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將各時(shí)鐘完全對(duì)齊，只需要掌握各個(gè)時(shí)鐘與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘間的時(shí)刻鐘差以及比對(duì)后的標(biāo)準(zhǔn)鐘產(chǎn)生的漂移修正參數(shù)而不需撥鐘。要做閏秒或跳步處理時(shí)除非鐘差較大，主要因?yàn)橐褍社婄娒鏁r(shí)間在比對(duì)時(shí)刻對(duì)齊，必須要調(diào)節(jié)時(shí)鐘用動(dòng)源的相位，而這需要有精密的相位微步調(diào)節(jié)器才能完成。

1.2 有源無線電信號(hào)傳遞時(shí)間頻率

用無線電波傳播時(shí)間頻率是時(shí)間比對(duì)的另一種方法，也就是對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率利用無線電波來傳遞。無線電波的傳播速度為每秒30萬公里，其授時(shí)速度較快。由于對(duì)時(shí)鐘同步精度有著越來越高的要求，采用無線電波授時(shí)可分為短波和長波，最初授時(shí)使用短波，其授時(shí)精度只能達(dá)到ms級(jí)。之后發(fā)展為用超長波授時(shí)，其授時(shí)精度可達(dá)到10μs，但其不足在于難以做到全球覆蓋。

1.2.1 長波無線電授時(shí)

長波主要沿地面進(jìn)行傳播，相對(duì)于短波來說穩(wěn)定性較強(qiáng)。Loran-C長波導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)遠(yuǎn)程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確獲得時(shí)間差，但由于Loran-C系統(tǒng)覆蓋范圍有限，對(duì)于科學(xué)研究的發(fā)展需求還無法滿足。

1.2.2 短波無線電授時(shí)

短波傳播主要憑借的是電離層的反射，但由于電離層高度容易發(fā)生變化，會(huì)使時(shí)間信號(hào)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，并且授時(shí)精度不過ms量級(jí)。美國于1905年實(shí)現(xiàn)了短波無線電授時(shí)，使時(shí)間比對(duì)問題得到有效解決，但短波授時(shí)對(duì)于原子鐘發(fā)展的要求還難以滿足。

1.3 無源TV傳遞

1.3.1 同步脈沖時(shí)刻比對(duì)

通過搬運(yùn)第三只鐘可以對(duì)分開兩地的鐘進(jìn)行比對(duì)。而原子鐘、石英鐘均可以作為第三只鐘，當(dāng)然也可以利用無線電脈沖。若在兩個(gè)地方同時(shí)接受到TV同步傳送的脈沖信號(hào)并將其中一個(gè)特定脈沖作為參考標(biāo)志，若排除傳輸路徑延遲、傳送設(shè)備延遲時(shí)間，則可以實(shí)現(xiàn)鐘比對(duì)目地。若能夠采用同步脈沖實(shí)施時(shí)間比對(duì)，時(shí)間比對(duì)的精確度可保持在0.2微秒量級(jí)，而在此期間若出現(xiàn)過大的誤差一般都是在微波線路中所出現(xiàn)的未知因素。

1.3.2 彩色副載波校頻

彩色副載波脈沖主要由若干周正弦波組成，用作彩色電視機(jī)中色信號(hào)解調(diào)的相位基準(zhǔn)。為方便進(jìn)行頻率和相位比對(duì)，可從電視機(jī)壓控晶振引出連續(xù)的副載波信號(hào)，其頻率為4.3361875MHz，可采用綜合器同頻比相法或副波信號(hào)的相位差的變化速率進(jìn)行比對(duì)。

1.4 衛(wèi)星時(shí)間頻率傳遞技術(shù)

衛(wèi)星的時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)主要分為靠轉(zhuǎn)發(fā)地面臺(tái)站的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及衛(wèi)星上配置的星載鐘直接給出這兩類，此時(shí)衛(wèi)星就好比是一個(gè)中繼站，可利用這些信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻精確測量，一般根據(jù)工作模式可分為雙向法、單向法[2]。其中，雙向法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)Φ孛嬲疚恢没蛐l(wèi)星位置不準(zhǔn)確而造成的測量誤差進(jìn)行抵消，但需要使用發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)備，并且對(duì)自動(dòng)化要求較高，觀測時(shí)間不能與TAI計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)相吻合；單向法進(jìn)行時(shí)頻測量類似于利用地面上某一無線電臺(tái)測量的方法，但由于衛(wèi)星處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須通過校準(zhǔn)由衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)加的普勒頻移，一般不確定度較大。

2 時(shí)間頻率傳遞技術(shù)最新發(fā)展?fàn)顩r

2.1 甚長基線干涉測量系統(tǒng)

甚長基線干涉測量潛在能力為10-100ps，其主要被用來提供極高準(zhǔn)確度的時(shí)間比對(duì)，通過甚長基線干涉測量技術(shù)也可以觀測毫秒脈沖星，對(duì)于射電源的微弱電波它能夠兩地同時(shí)獨(dú)立收到，并且能夠處理磁帶所記錄的信息，還能夠確定無線電波到兩地的時(shí)間差。根據(jù)這個(gè)結(jié)果可以對(duì)兩地鐘的頻率差和時(shí)刻差進(jìn)行高精度確定，其時(shí)間比對(duì)精度可達(dá)到1ns。

2.2 GPS載波相位技術(shù)

GPS載波相位技術(shù)穩(wěn)定性較強(qiáng)，但由于載波信號(hào)中沒有時(shí)刻的起算點(diǎn)，僅限于對(duì)高精度頻率進(jìn)行對(duì)比，而無法對(duì)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比。

2.3 LASSO

LASSO（同步衛(wèi)星傳傳遞激光所載的時(shí)間信號(hào)）具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，但一般不適用于常規(guī)工作，主要會(huì)因天氣原因而受到影響。

3 結(jié)束語

總之，時(shí)間頻率可以說是信息化裝備的“心臟”，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間在各個(gè)領(lǐng)域、各類信息系統(tǒng)、設(shè)新技術(shù)裝備及數(shù)據(jù)鏈裝備中是必不可少的，因而對(duì)于時(shí)間頻率保障的要求較高。對(duì)此，必須加強(qiáng)時(shí)間頻率技術(shù)的體系建設(shè)，才能使時(shí)間頻率技術(shù)在各領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。

[1].吳海濤.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間頻率性能測度方法研究[J]. 中國科學(xué)，2011,20(5):112-114

[2].王義遒.時(shí)間頻率量的特征及其對(duì)時(shí)頻系統(tǒng)建設(shè)的影響[J]. 時(shí)間頻率學(xué)報(bào)，2003,30(12):85-86