NTSC的守時(shí)工作進(jìn)展

董紹武，屈俐俐，李煥信，劉春俠

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NTSC的守時(shí)工作進(jìn)展

董紹武，屈俐俐，李煥信，劉春俠

（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，西安 710600）

概括介紹了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心（簡(jiǎn)稱NTSC）時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)的組成、功能和相關(guān)工作的最新進(jìn)展情況。NTSC負(fù)責(zé)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生、保持和發(fā)播。多年來，NTSC的守時(shí)系統(tǒng)以完美的表現(xiàn)滿足了國(guó)家大科學(xué)裝置—長(zhǎng)、短波授時(shí)系統(tǒng)的發(fā)播控制任務(wù)的要求。2008年度，NTSC的守時(shí)工作取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)綜合排名于全球?qū)嶒?yàn)室的2～3位，我國(guó)守時(shí)工作已經(jīng)躋身世界前列，NTSC已成為國(guó)際原子時(shí)合作單位中最重要的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室之一。

守時(shí)；原子時(shí)；時(shí)間比對(duì)

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心（簡(jiǎn)稱NTSC）的時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)建成于20世紀(jì)70年代。三十多年來，作為國(guó)家大科學(xué)裝置核心部分的守時(shí)系統(tǒng)一直連續(xù)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，為國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，時(shí)間作為國(guó)家重要參數(shù)的地位日益顯著。同時(shí)，國(guó)家重大項(xiàng)目和基礎(chǔ)建設(shè)也對(duì)時(shí)間工作提出了越來越高的要求。經(jīng)過幾代守時(shí)人的努力，我國(guó)守時(shí)工作已經(jīng)躋身世界前列。

2008年度，國(guó)家授時(shí)中心的守時(shí)工作取得突破性進(jìn)展，完成的各項(xiàng)指標(biāo)綜合排于全球守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的2～3位[1]，成為對(duì)國(guó)際原子時(shí)貢獻(xiàn)最大的實(shí)驗(yàn)室之一。同時(shí)，“時(shí)間保持”產(chǎn)品通過質(zhì)量體系認(rèn)證，使我們的守時(shí)工作向著先進(jìn)性和規(guī)范化前進(jìn)了一大步。當(dāng)前，NTSC時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)由20多臺(tái)高性能守時(shí)原子鐘、先進(jìn)的測(cè)量比對(duì)設(shè)備和多手段的高精度遠(yuǎn)距離時(shí)間比對(duì)系統(tǒng)（包括GNSS共視和衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞）組成，同時(shí)建立了完善的質(zhì)量控制體系，NTSC已成為全球最重要的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室之一。

1 時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)組成和功能

目前，NTSC的守時(shí)鐘組由19臺(tái)Agilent 5071A高性能銫原子鐘、2臺(tái)Sigma-tau氫鐘和2臺(tái)上海天文臺(tái)研制的氫鐘組成；內(nèi)部測(cè)量比對(duì)系統(tǒng)采用高精度的時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器和相位比對(duì)設(shè)備；國(guó)際時(shí)間比對(duì)鏈接使用衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞系統(tǒng)（TWSTFT）和GNSS共視時(shí)間比對(duì)。新一代守時(shí)系統(tǒng)在系統(tǒng)組成、運(yùn)行管理上更加先進(jìn)，守時(shí)技術(shù)指標(biāo)取得突破性進(jìn)展。

當(dāng)前，NTSC守時(shí)系統(tǒng)在完成國(guó)家大科學(xué)裝置—長(zhǎng)、短波授時(shí)發(fā)播控制任務(wù)的同時(shí)，還為國(guó)內(nèi)其他重要授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)（包括“北斗”一號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，中國(guó)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)CAPS，上海海岸電臺(tái)，NTSC網(wǎng)絡(luò)和電話時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)等）提供實(shí)時(shí)物理信號(hào)。

2 守時(shí)技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)國(guó)際權(quán)度局（BIPM）2008年度年報(bào)，截至2008年12月，全球共有68個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室保持協(xié)調(diào)世界時(shí)（），55個(gè)實(shí)驗(yàn)室為國(guó)際原子時(shí)的歸算貢獻(xiàn)原子鐘數(shù)據(jù)，15個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室保持獨(dú)立原子時(shí)尺度（），其中包括國(guó)家授時(shí)中心保持的地方原子時(shí)（NTSC）和綜合原子時(shí)（JATC）；同時(shí)國(guó)家授時(shí)中心也是國(guó)內(nèi)唯一保持獨(dú)立原子時(shí)的單位。

2008年度（NTSC）與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間—協(xié)調(diào)世界時(shí)之差全年控制在±25 ns以內(nèi)，即|-（NTSC）| <25 ns，優(yōu)于國(guó)際電聯(lián)ITU要求的各守時(shí)實(shí)驗(yàn)室所保持的協(xié)調(diào)世界時(shí)（）與國(guó)際協(xié)調(diào)時(shí)的差小于100 ns的要求[1]。2008年度國(guó)際上主要守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的-（）見圖1，（NTSC）的保持處于國(guó)際先進(jìn)水平的行列[2]。

圖1 2008年度國(guó)際上主要守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的UTC（k）保持情況

2008年度，獨(dú)立原子時(shí)（NTSC）的穩(wěn)定度：5 d為4.7×10-15，10 d為2.6×10-15，30 d為1.1×10-15，60 d為7×10-16，100 d為9.5×10-16，中、長(zhǎng)期穩(wěn)定度指標(biāo)綜合評(píng)定首次超過美國(guó)海軍天文臺(tái)（USNO），排在全球?qū)嶒?yàn)室的2～3位，達(dá)到歷史最好水平。

3 全球原子鐘對(duì)TAI的貢獻(xiàn)

圖2為2008年度全球時(shí)間實(shí)驗(yàn)室原子鐘對(duì)國(guó)際原子時(shí)計(jì)算的貢獻(xiàn)。在對(duì)國(guó)際原子時(shí)計(jì)算貢獻(xiàn)最大的4個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，美國(guó)海軍天文臺(tái)（USNO）有守時(shí)鐘79臺(tái)，法國(guó)綜合原子時(shí)（F）32臺(tái)，日本通信技術(shù)研究院（NICT）27臺(tái)，中國(guó)國(guó)家授時(shí)中心（NTSC）22臺(tái)。國(guó)家授時(shí)中心（NTSC）貢獻(xiàn)了約10%的權(quán)重，成為全球最重要的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室之一。

圖2 全球守時(shí)實(shí)驗(yàn)室對(duì)TAI計(jì)算的貢獻(xiàn)

4 國(guó)際時(shí)間比對(duì)工作進(jìn)展

國(guó)際權(quán)度局BIPM在2009年5月的T公報(bào)上（CIRCULAR T 257）正式刊登了國(guó)家授時(shí)中心的衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞系統(tǒng)（TWSTFT）結(jié)果，（NTSC）與歐洲實(shí)現(xiàn)直連，GNSS共視作為備份，（NTSC）與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間比對(duì)的A類不確定度由1.5 ns改進(jìn)到0.5 ns[3]。

衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞是用通信衛(wèi)星進(jìn)行雙向時(shí)間、頻率信號(hào)傳遞的技術(shù)，是目前國(guó)際上精確度最高的時(shí)間頻率傳遞方法，目前精度可達(dá)0.3～0.5 ns，準(zhǔn)確度1 ns。國(guó)際權(quán)度局（BIPM）為改善全球范圍內(nèi)的時(shí)間同步，于90年代后期推薦并組織實(shí)施了“全球雙向衛(wèi)星時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）”計(jì)劃。從1999年4月開始BIPM開始常規(guī)發(fā)表TWSTFT的月報(bào)。

國(guó)家授時(shí)中心和日本國(guó)家信息與通信技術(shù)研究所（NICT）于1998年10月開通了兩地間的TWSTFT比對(duì)鏈路；為了保持我國(guó)在時(shí)間頻率傳遞領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，發(fā)揮NTSC在國(guó)際原子時(shí)和全球TWSTFT中的作用，NTSC在加入亞太地區(qū)TWSTFT比對(duì)鏈的同時(shí)，也在積極開展與歐洲的TWSTFT鏈接。經(jīng)過與法國(guó)巴黎天文臺(tái)（OP）、荷蘭國(guó)家計(jì)量院（VSL）的TWSTFT鏈接實(shí)驗(yàn)，NTSC于2009年與國(guó)際時(shí)間比對(duì)中心站德國(guó)物理技術(shù)研究院（PTB）正式建立了TWSTFT常規(guī)比對(duì)鏈路，通過幾個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，目前NTSC-PTB鏈路被正式用于國(guó)際原子時(shí)的歸算。TWSTFT數(shù)據(jù)的正式使用是我們守時(shí)工作的一件大事，極大地提高了我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的比對(duì)精度。

5 結(jié)語

近年來，國(guó)家授時(shí)中心的守時(shí)工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)躋身國(guó)際最重要守時(shí)實(shí)驗(yàn)室之列?！皶r(shí)間保持”產(chǎn)品通過國(guó)家質(zhì)量體系認(rèn)證后，守時(shí)工作的各環(huán)節(jié)都遵循質(zhì)量方針和目標(biāo)的要求，做到制度化、規(guī)范化。在完成國(guó)家大科學(xué)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)任務(wù)的同時(shí)，國(guó)家授時(shí)中心的時(shí)間基準(zhǔn)系統(tǒng)也積極投身到國(guó)家重大專項(xiàng)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中去，各項(xiàng)相關(guān)科學(xué)研究和技術(shù)進(jìn)步工作取得進(jìn)展。同時(shí)，作為全球重要的守時(shí)中心，NTSC科研人員能積極參加國(guó)際時(shí)頻領(lǐng)域事務(wù)，例如就的未來定義和閏秒問題，分別于2008和2009年兩度為國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-R WP7A（標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和頻率信號(hào)發(fā)播工作組）會(huì)議撰寫建議書文稿，均被會(huì)議正式采納；同時(shí)，多次對(duì)國(guó)際電聯(lián)ITU通函中涉及時(shí)間頻率的相關(guān)議題提供意見，供國(guó)家主管部門參考，以最大程度地維護(hù)國(guó)家權(quán)益。隨著高技術(shù)研究對(duì)時(shí)間工作提出越來越高的要求，我們將持續(xù)開展守時(shí)方法和技術(shù)研究，穩(wěn)固推進(jìn)我國(guó)的時(shí)間工作，為國(guó)家作出更大貢獻(xiàn)。

致謝 由于作者人數(shù)限制，謹(jǐn)在此向中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的全體同志表示感謝，并對(duì)共同取得的成績(jī)表示祝賀。

[1] 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心. 大科學(xué)工程工作動(dòng)態(tài)[Z]. 西安: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心, 2008.

[2] 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室. 時(shí)頻基準(zhǔn)系統(tǒng)工作總結(jié)[Z]. 西安: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心, 2008.

[3] BIPM. BIPM Circular T257[EB/OL]. (2009-06-11)[2009-12-31]. http://www.bipm.org.

Progress on Time-keeping Activities ofNTSC

DONG Shao-wu, QU Li-li, LI Huan-xin, LIU Chun-xia

(National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China)

The time-keeping hardware system and its function, and the recent progress of time-keeping activities in the National Time Service Center (NTSC), Chinese Acad emy of Sciences are briefly introduced in this paper. NTSC is responsible for the generation, maintenance and dissemination of national standard time signals. Since its establishment, the time-keeping system of NTSC has greatly satisfied the broadcast of time signals of long and short-wave standard time service system. In 2008, the time-keeping activities of NTSC has achieved great progress, ranked the third in the worldwide time-keeping labs. The NTSC has been one of the most important time-keeping labs of TAI families.

time-keeping; atomic time scale; time comparison

2009-11-16

董紹武，男，博士，研究員，主要從事時(shí)間頻率技術(shù)的應(yīng)用和研究工作。

P127.1+2

A

1674-0637(2010)01-0001-04