李曉東

（山西省計量科學研究院，山西 太原 030032）

我國授時服務(wù)體系發(fā)展現(xiàn)狀分析

李曉東

（山西省計量科學研究院，山西 太原 030032）

我國軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域?qū)κ跁r服務(wù)有著各種各樣的需求，隨著授時服務(wù)體系的建設(shè)，我國正在逐步完善授時系統(tǒng)的體系。本文介紹了現(xiàn)階段我國的各種授時系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)特點，根據(jù)軍用、民用各行業(yè)對授時服務(wù)的不同需求和現(xiàn)有的各種授時系統(tǒng)的優(yōu)缺點對比，以及不斷革新的授時技術(shù)，分析了我國授時服務(wù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，為我國建設(shè)完善的授時服務(wù)體系提出建設(shè)性的意見。

授時服務(wù)；衛(wèi)星授時；時間頻率

根據(jù)經(jīng)濟建設(shè)以及國防發(fā)展的需要，我國正逐步建立完整性、多手段、多層次的授時服務(wù)系統(tǒng)，授時范圍覆蓋了我國大部分地區(qū)。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展授時服務(wù)范圍正在擴大，對授時服務(wù)提出了高精度、高安全等要求，并隨之產(chǎn)生新的授時手段和技術(shù)。在這種情況下，對我國現(xiàn)階段的授時服務(wù)展開分析和探索，追蹤新的授時技術(shù)成為了建設(shè)授時系統(tǒng)的必然要求。本文從授時的需求、現(xiàn)有的授時系統(tǒng)、新的技術(shù)方法的角度，分析我國現(xiàn)在的授時服務(wù)體系，應(yīng)對授時服務(wù)的應(yīng)用現(xiàn)狀給予建議，希望能促進我國的授時服務(wù)體系建設(shè)。

1 授時需求分析

1.1 民用需求

授時服務(wù)依據(jù)用戶的領(lǐng)域不同，可分為民用與軍用用戶。授時的民用需求來源于電信網(wǎng)絡(luò)、交通運輸、電子商務(wù)和科研等方面，需求的時間精度范圍是秒量級至納秒量級，甚至達到皮秒量級。個人應(yīng)用的授時需求在1s之內(nèi)；在交通運輸中，授時精度的需求也是1s；通信行業(yè)里，移動基站的需求是3μs；科研中，不同領(lǐng)域的授時需求不同，在1s到1ps之間。

1.2 軍用需求

隨著信息時代的發(fā)展，軍用領(lǐng)域中的時間信息，幾乎成為了所有軍事行動的基礎(chǔ)，如聯(lián)合作戰(zhàn)、軍事演習等需要相同時間標準。時間應(yīng)用在信息化裝備、主武器平臺、大型系統(tǒng)等許多方面，對時間的精度需求不同。

授時系統(tǒng)在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用中，除了對精度的需求外，針對戰(zhàn)場的復雜環(huán)境，對抗干擾性和抗摧毀性也有更高的需求。

2 現(xiàn)有授時系統(tǒng)

我國的授時系統(tǒng)主要是星基的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、陸基無線電授時系統(tǒng)和有線NTP以及PSTN系統(tǒng)。其中的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是由我國自主研發(fā)、獨立運行，能和世界其他的衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容、相互操作的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。與美國的GPS導航系統(tǒng)一樣，除了定位、導航的功能外，具備獨立的授時功能。

北斗系統(tǒng)的時間基準是北斗時，基本單位采用國際單位的秒，連續(xù)累計無閏秒。衛(wèi)星導航的授時系統(tǒng)有范圍大、精度高的特點，接收機價格低廉、便攜，是目前應(yīng)用最廣泛的高精度授時方式，缺點是信號較弱，抗干擾性弱。

無線授時系統(tǒng)主要分為短波和長波的授時系統(tǒng)。短波授時應(yīng)用10～100m的波長將標準時間發(fā)博和傳遞，利用無線電臺發(fā)送時間信號，用戶通過無線電接收后，將本地時間和標準時間對比，完成授時。長波利用的波長達到1～10km，方式和短波相同，精確度比短波更高。

有線授時系統(tǒng)包括PSTN公網(wǎng)電話授時系統(tǒng)和NTP互聯(lián)網(wǎng)授時系統(tǒng)。PSTN系統(tǒng)的精度只能精確到毫秒級，利用全國的公用通訊網(wǎng)絡(luò)資源，低投資、見效速度快、安全性高。

NTP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)濟實用，授時精度低，且會隨著網(wǎng)絡(luò)的機構(gòu)與負荷的變化產(chǎn)生變化，能滿足中低精度需求的用戶。

3 授時新技術(shù)

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，對授時精度有著越來越高的需求，隨之衍生了許多新的授時技術(shù)，如：授時轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，這項技術(shù)來源于中科院的CAPS系統(tǒng)，利用穩(wěn)定度極高的原子鐘生成標準的時間信號，通過衛(wèi)星進行定位授時，精度可以達到3～5ns；數(shù)字衛(wèi)星電視授時技術(shù)，利用衛(wèi)星電視的信號將標準時間發(fā)博和傳遞，中科院提出在上行站端對PCR進行標記，記錄本地時間，對比標準時間進行修正，實驗證明，這項技術(shù)的授時精度高于100ns，具有低投資、建設(shè)周期短等優(yōu)點；光纖授時技術(shù)，這項技術(shù)擁有低成本、結(jié)構(gòu)簡單、抗毀性高、抗干擾以及傳輸損耗低的優(yōu)點，難點在于解決傳輸延時，時間傳遞的不確定度能達到100ps，日波動范圍在30ps之內(nèi)；量子時間授時技術(shù)，國家授時中心經(jīng)實驗證明了量子授時能夠?qū)崿F(xiàn)，據(jù)實測結(jié)果的分析，量子授時技術(shù)的授時精度能達到亞皮秒級，是目前精確度最高的方法。

4 授時應(yīng)用現(xiàn)狀分析與發(fā)展建議

4.1 授時的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國的授時服務(wù)已具備一定的基礎(chǔ)，能夠滿足各行業(yè)對時間頻率的基本要求，但在授時應(yīng)用和授時能力上還存在一些不足。需求為毫秒級的用戶，網(wǎng)絡(luò)授時、電話授時和BPC、BPM授時系統(tǒng)都能滿足需求，但還存在以下問題：網(wǎng)絡(luò)客戶需求量大、布點少、安全性不高；電話授時客戶少、服務(wù)器少、成本高；BPM用戶的接收機成本高，抗干擾能力差，覆蓋范圍??；BPC主要應(yīng)用于民用鐘表，用戶數(shù)量具備規(guī)模，存在的問題在于站點少，覆蓋能力不足。

微秒級的用戶主要是通信和電力等工業(yè)部門和少量軍用系統(tǒng)，主要問題是用戶的接收機成本高，系統(tǒng)覆蓋范有限。北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)占領(lǐng)了數(shù)十納秒級的大部分市場，優(yōu)點是成本低及便捷性，缺點是信號弱以及抗干擾能力差等。

軍、民領(lǐng)域中納秒級和亞納秒級高精度需求，呈高速上升趨勢，目前主要利用北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)以及部分光纖授時進行解決，問題在于使用專門的比對鏈路，成本過高。

4.2 發(fā)展建議

目前，我國的授時服務(wù)盡管系統(tǒng)豐富，手段多樣，能滿足大部分的需求，仍然存在許多缺點和問題。我國需要建立一個先進、安全、自主的授時服務(wù)體系，從而滿足軍民用戶對授時服務(wù)的需求。具體建議有以下幾點。

（1）以“星基為主，三系兼容”，建設(shè)一套與北斗系統(tǒng)獨立的衛(wèi)星授時系統(tǒng)，和北斗系統(tǒng)相輔相成。

（2）完善陸基系統(tǒng)，增加必要的長波授時臺，加強全國覆蓋的能力，改進短波技術(shù)，增強短波的抗干擾能力，積極擴展長、短波授時的應(yīng)用范圍并提升其授時功能。

（3）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，強化光纖授時的應(yīng)用，建設(shè)安全網(wǎng)絡(luò)和電話授時的服務(wù)體系。

（4）完善授時標準體系建設(shè)，重點研發(fā)核心成分，保衛(wèi)國家利益。

5 結(jié)語

先進的、完善的授時體系是促進我國經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的重要保障，也是科技進步的需求。獨立的、自主的授時體系是重要的戰(zhàn)略資源，安全的、可靠的授時系統(tǒng)是國家的基礎(chǔ)設(shè)施。

本文通過對星基的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、陸基無線電授時系統(tǒng)和有線NTP以及PSTN系統(tǒng)的優(yōu)劣勢分析，對授時轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、數(shù)字衛(wèi)星電視授時技術(shù)、光纖授時技術(shù)以及量子時間授時技術(shù)等新技術(shù)的介紹，提出建設(shè)授時服務(wù)體系的建議，希望可以對快速增強我國的授時服務(wù)能力起到積極作用。

[1]胡昌軍，李信，劉佳，等．北斗授時在通信領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀及推廣建議[J]．電信網(wǎng)技術(shù)，2015，03:36-39．

[2]尤政，馬林．構(gòu)建微型定位導航授時體系，改變PNT格局[J]．科技導報，2015，12:116-119．

[3]李恩，羅青松，劉志強，等．光纜網(wǎng)高精度授時技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]．中國電子科學研究院學報，2013，04:344-349．

[4]劉杰,高靜,許冠軍,焦東東,閆露露,董瑞芳,姜海峰,劉濤,張首剛．基于光纖的光學頻率傳遞研究[J]．物理學報,2015(12)．

[5]侯飛雁,權(quán)潤愛,邰朝陽,王盟盟,劉濤,張首剛,張同意,董瑞芳．量子時間同步協(xié)議研究進展回顧[J]．時間頻率學報,2014(02)．

[6]趙科佳,張愛敏,寧大愚．基于NTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)[J]．電子測試，2008(07)．

[7]袁海波,李孝輝,柯熙政．互聯(lián)網(wǎng)上計算機時間傳遞系統(tǒng)設(shè)計方案及實驗結(jié)果分析[J]．宇航計測技術(shù)，2000(05)．

[8]柯熙政,和康元,袁海波,馮平．電話授時系統(tǒng)的時間同步準確度研究[J]． 宇航計測技術(shù)，2000(01)．

P127.1

A

1671-0711（2017）09（上）-0197-02