我國授時服務體系發展現狀分析

李曉東

（山西省計量科學研究院，山西 太原 030032）

我國授時服務體系發展現狀分析

李曉東

（山西省計量科學研究院，山西 太原 030032）

我國軍用領域和民用領域對授時服務有著各種各樣的需求，隨著授時服務體系的建設，我國正在逐步完善授時系統的體系。本文介紹了現階段我國的各種授時系統的工作原理和技術特點，根據軍用、民用各行業對授時服務的不同需求和現有的各種授時系統的優缺點對比，以及不斷革新的授時技術，分析了我國授時服務的應用現狀，為我國建設完善的授時服務體系提出建設性的意見。

授時服務；衛星授時；時間頻率

根據經濟建設以及國防發展的需要，我國正逐步建立完整性、多手段、多層次的授時服務系統，授時范圍覆蓋了我國大部分地區。隨著科學技術的高速發展授時服務范圍正在擴大，對授時服務提出了高精度、高安全等要求，并隨之產生新的授時手段和技術。在這種情況下，對我國現階段的授時服務展開分析和探索，追蹤新的授時技術成為了建設授時系統的必然要求。本文從授時的需求、現有的授時系統、新的技術方法的角度，分析我國現在的授時服務體系，應對授時服務的應用現狀給予建議，希望能促進我國的授時服務體系建設。

1 授時需求分析

1.1 民用需求

授時服務依據用戶的領域不同，可分為民用與軍用用戶。授時的民用需求來源于電信網絡、交通運輸、電子商務和科研等方面，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。個人應用的授時需求在1s之內；在交通運輸中，授時精度的需求也是1s；通信行業里，移動基站的需求是3μs；科研中，不同領域的授時需求不同，在1s到1ps之間。

1.2 軍用需求

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

授時系統在軍用領域的應用中，除了對精度的需求外，針對戰場的復雜環境，對抗干擾性和抗摧毀性也有更高的需求。

2 現有授時系統

我國的授時系統主要是星基的北斗衛星導航系統、陸基無線電授時系統和有線NTP以及PSTN系統。其中的北斗衛星系統是由我國自主研發、獨立運行，能和世界其他的衛星導航系統兼容、相互操作的全球衛星導航系統。與美國的GPS導航系統一樣，除了定位、導航的功能外，具備獨立的授時功能。

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

無線授時系統主要分為短波和長波的授時系統。短波授時應用10～100m的波長將標準時間發博和傳遞，利用無線電臺發送時間信號，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。

有線授時系統包括PSTN公網電話授時系統和NTP互聯網授時系統。PSTN系統的精度只能精確到毫秒級，利用全國的公用通訊網絡資源，低投資、見效速度快、安全性高。

NTP網絡系統經濟實用，授時精度低，且會隨著網絡的機構與負荷的變化產生變化，能滿足中低精度需求的用戶。

3 授時新技術

隨著科學技術的快速發展，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，如：授時轉發技術，這項技術來源于中科院的CAPS系統，利用穩定度極高的原子鐘生成標準的時間信號，通過衛星進行定位授時，精度可以達到3～5ns；數字衛星電視授時技術，利用衛星電視的信號將標準時間發博和傳遞，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，這項技術的授時精度高于100ns，具有低投資、建設周期短等優點；光纖授時技術，這項技術擁有低成本、結構簡單、抗毀性高、抗干擾以及傳輸損耗低的優點，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；量子時間授時技術，國家授時中心經實驗證明了量子授時能夠實現，據實測結果的分析，量子授時技術的授時精度能達到亞皮秒級，是目前精確度最高的方法。

4 授時應用現狀分析與發展建議

4.1 授時的應用現狀

目前，我國的授時服務已具備一定的基礎，能夠滿足各行業對時間頻率的基本要求，但在授時應用和授時能力上還存在一些不足。需求為毫秒級的用戶，網絡授時、電話授時和BPC、BPM授時系統都能滿足需求，但還存在以下問題：網絡客戶需求量大、布點少、安全性不高；電話授時客戶少、服務器少、成本高；BPM用戶的接收機成本高，抗干擾能力差，覆蓋范圍小；BPC主要應用于民用鐘表，用戶數量具備規模，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部門和少量軍用系統，主要問題是用戶的接收機成本高，系統覆蓋范有限。北斗系統和GPS系統占領了數十納秒級的大部分市場，優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和GPS系統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 發展建議

目前，我國的授時服務盡管系統豐富，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、自主的授時服務體系，從而滿足軍民用戶對授時服務的需求。具體建議有以下幾點。

（1）以“星基為主，三系兼容”，建設一套與北斗系統獨立的衛星授時系統，和北斗系統相輔相成。

（2）完善陸基系統，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，增強短波的抗干擾能力，積極擴展長、短波授時的應用范圍并提升其授時功能。

（3）根據網絡技術的發展，強化光纖授時的應用，建設安全網絡和電話授時的服務體系。

（4）完善授時標準體系建設，重點研發核心成分，保衛國家利益。

5 結語

先進的、完善的授時體系是促進我國經濟建設和國防建設的重要保障，也是科技進步的需求。獨立的、自主的授時體系是重要的戰略資源，安全的、可靠的授時系統是國家的基礎設施。

本文通過對星基的北斗衛星導航系統、陸基無線電授時系統和有線NTP以及PSTN系統的優劣勢分析，對授時轉發技術、數字衛星電視授時技術、光纖授時技術以及量子時間授時技術等新技術的介紹，提出建設授時服務體系的建議，希望可以對快速增強我國的授時服務能力起到積極作用。

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1671-0711（2017）09（上）-0197-02