綜合PNT體系之授時(shí)技術(shù)*

許江寧，梁益豐，吳 苗

(海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院·武漢·430033)

0 引 言

定位、導(dǎo)航與授時(shí)(Position Navigation and Timing，PNT)技術(shù)是交通、通信、電力以及基礎(chǔ)科研等領(lǐng)域必不可少的元素[1]，綜合PNT是后全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)發(fā)展的必然趨勢(shì)[2]。目前可以為用戶提供PNT信息的系統(tǒng)較多，如GNSS、移動(dòng)通信系統(tǒng)、航天測(cè)控網(wǎng)、長河二號(hào)等典型系統(tǒng)，各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)能夠在各類軍民應(yīng)用需求方面發(fā)揮其作用[3]。近年來PNT用戶每5年翻一番，移動(dòng)載體對(duì)PNT系統(tǒng)各方面的能力需求與日俱增[4]，因此，有必要進(jìn)一步提升國家綜合PNT能力，開展綜合PNT體系頂層設(shè)計(jì)和研究開發(fā)新的技術(shù)手段。

美國是最早開展綜合PNT體系建設(shè)的國家，近年來其定位與導(dǎo)航能力得到了明顯提升。研究表明，大范圍導(dǎo)航系統(tǒng)如GNSS、羅蘭C等普遍采取測(cè)時(shí)測(cè)距體制，多數(shù)測(cè)量和授時(shí)分配方法卻并不依賴于導(dǎo)航或定位功能[5]。因此，美國空軍建議將以往進(jìn)展緩慢的授時(shí)工作從綜合PNT體系中拆解出來，使其不再被政策、規(guī)劃、條令等忽視，并于2017年5月正式提出了“授時(shí)戰(zhàn)”概念，已成為綜合PNT體系研究的熱點(diǎn)[6-7]。本文結(jié)合我國綜合PNT體系的建設(shè)，根據(jù)不同用戶的需求，分析衛(wèi)星、長波、光纖、量子等授時(shí)技術(shù)特點(diǎn)，研究了基于長距離、高精度光纖授時(shí)技術(shù)的新型羅蘭C地基授時(shí)系統(tǒng)。

1 綜合PNT體系

GNSS提供的高精度PNT服務(wù)存在空間段安全穩(wěn)定運(yùn)行隱患、地面段易干擾欺騙等固有缺陷[8]。如何建立滿足國家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家基礎(chǔ)設(shè)施高效穩(wěn)定運(yùn)行和民眾日常生活需求的綜合PNT體系，探索滿足用戶需求的PNT技術(shù)發(fā)展方向是各國必須面對(duì)的重要問題。為此，美國交通部和國防部從2010年開始謀劃美國國家綜合PNT架構(gòu)，其核心是不過分依賴GNSS，采用一切可以應(yīng)用的PNT信息源實(shí)施全空域目標(biāo)定位、導(dǎo)航與授時(shí)服務(wù)。2019年8月，美國國防部公開發(fā)布PNT戰(zhàn)略，明確指出僅用全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)不能完全確保軍用PNT的先進(jìn)性，并因此制定了2025年P(guān)NT體系框架。

綜合PNT體系對(duì)國民生活和國防安全意義重大，因此包括我國在內(nèi)的許多國家也規(guī)劃了相關(guān)體系建設(shè)，初步形成了基于天基、地基無線電信息源的大范圍PNT服務(wù)。美國GPS系統(tǒng)是首個(gè)投入運(yùn)營的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其空間段衛(wèi)星對(duì)外播發(fā)導(dǎo)航信號(hào)，用戶設(shè)備通過接收和處理這些信號(hào)完成對(duì)自身位置、速度、時(shí)間信息的提取和解算，實(shí)現(xiàn)了最廣泛的覆蓋范圍和最大用戶數(shù)量[3]。俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS同時(shí)期開發(fā)，組成和功能也與GPS類似，可用于海上、空中、陸地等各類用戶的定位、測(cè)速及精密定時(shí)等。典型的天基導(dǎo)航系統(tǒng)還包括北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)、與GPS兼容的歐盟Galileo系統(tǒng)、日本區(qū)域準(zhǔn)天頂衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)QZSS、覆蓋印度及南亞地區(qū)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)IRNSS[9-10]。

地基無線電導(dǎo)航信息源主要包括遠(yuǎn)距離無線電導(dǎo)航系統(tǒng)羅蘭(Long range navigation，LORAN)、伏爾(VHF Omnidirectional Range, VOR)/測(cè)距(Distance Measuring Equipment, DME)裝置(VOR/DME)和戰(zhàn)術(shù)空軍導(dǎo)航系統(tǒng)塔康(Tactical Air Navigation System，TACAN)，以及地基增強(qiáng)GNSS等等。其中，VOR/DME和TACAN是應(yīng)用于軍民航空的無線電測(cè)距系統(tǒng)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要通過基站與移動(dòng)電話之間的通信提供授時(shí)服務(wù)以及較低精度的定位服務(wù)，都難以滿足GNSS備份系統(tǒng)的要求。根據(jù)美國國家PNT咨詢委員會(huì)的建議，增強(qiáng)型羅蘭導(dǎo)航系統(tǒng)(Enhanced Long Range Navigation，eLORAN)作為羅蘭C系統(tǒng)現(xiàn)代化后的產(chǎn)物，有望為非精密航空應(yīng)用、海港出入、民用精密時(shí)間和頻率應(yīng)用提供服務(wù)，可能是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最理想的備份系統(tǒng)。目前主要有美國、俄羅斯、韓國等國家開展eLORAN系統(tǒng)研究，擁有良好的安全性和穩(wěn)定性。此外值得引起重視的地基導(dǎo)航系統(tǒng)還有澳大利亞的Locata，該系統(tǒng)體制類似于GNSS，卻并不依賴高精度原子鐘。利用Time-Loc專利技術(shù)支持低成本頻率源，Locata系統(tǒng)可達(dá)到1～2 ns級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步精度，在載波測(cè)量時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向6 cm、垂直方向15 cm的高精度定位[11]。目前美國空軍正計(jì)劃在Locata系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立不依賴于GPS的下一代超高精度參考系統(tǒng)。

無論GNSS還是地基羅蘭C系統(tǒng)，或Locata等其他潛在技術(shù)，其核心部分都離不開高精度時(shí)間信息。時(shí)統(tǒng)設(shè)備一方面保證了無線電信號(hào)頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，另一方面也是用戶實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息接收和導(dǎo)航定位的必要前提，授時(shí)對(duì)于綜合PNT體系建設(shè)至關(guān)重要。

2 授時(shí)戰(zhàn)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭已經(jīng)充分體現(xiàn)了導(dǎo)航在軍事領(lǐng)域中的關(guān)鍵作用，通過GPS為飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇等移動(dòng)平臺(tái)提供精確的位置、速度、時(shí)間等重要信息，美國巡航導(dǎo)彈等遠(yuǎn)程武器對(duì)目標(biāo)的命中率得以大幅度提高，并因此快速制勝。為了確保其導(dǎo)航能力領(lǐng)先地位，美軍率先于1997年提出了“導(dǎo)航戰(zhàn)”作戰(zhàn)概念，定義為：在復(fù)雜電子環(huán)境中，確保己方和友方能夠有效利用衛(wèi)星導(dǎo)航信息，并阻止敵方使用，同時(shí)不影響戰(zhàn)區(qū)外和平利用衛(wèi)星導(dǎo)航信息?！皩?dǎo)航戰(zhàn)”的提出促使各個(gè)大國紛紛開始發(fā)展獨(dú)立的GNSS，我國正是在這一背景下開始建設(shè)BDS。在導(dǎo)航戰(zhàn)被提出數(shù)年后的美伊戰(zhàn)爭中，美國精確制導(dǎo)武器在GPS干擾設(shè)備作用下多次出現(xiàn)超過200km的定位偏差[12]。因此美國開始重點(diǎn)提升GPS保障能力，依托強(qiáng)大的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)限制他國應(yīng)用。目前美軍各部門行動(dòng)協(xié)同、各類電子戰(zhàn)平臺(tái)已經(jīng)覆蓋衛(wèi)星導(dǎo)航頻段，近年來多次在敘利亞和伊朗成功利用系統(tǒng)功率增強(qiáng)能力，這些都體現(xiàn)了美國在導(dǎo)航戰(zhàn)和綜合PNT體系建設(shè)方面取得的進(jìn)步。

在綜合PNT體系中，各國對(duì)定位、導(dǎo)航的重視程度一直比授時(shí)高[13]。事實(shí)上，高精度授時(shí)技術(shù)是無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的必要支撐，大多數(shù)測(cè)量和分配授時(shí)的方法卻完全不依賴GNSS等導(dǎo)航系統(tǒng)。不僅如此，當(dāng)前社會(huì)活動(dòng)、通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、國防建設(shè)、科學(xué)研究等都需要在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)上進(jìn)行，對(duì)授時(shí)精度的需求從秒到亞納秒甚至更高量級(jí)，時(shí)間頻率應(yīng)用范圍幾乎涉及到關(guān)系國計(jì)民生的各個(gè)部門，授時(shí)偏差將直接影響PNT服務(wù)[13]。表1直觀表明了GNSS在近年來因授時(shí)因素導(dǎo)致的問題。

表1 主要GNSS授時(shí)偏差帶來的影響

隨著物理學(xué)領(lǐng)域研究的突破和高精度導(dǎo)航定位需求對(duì)原子頻標(biāo)的推動(dòng)，授時(shí)技術(shù)引起了更多重視。美國從2015年頒布授時(shí)法案至今，先后進(jìn)行了7次針對(duì)性修改與完善[7]，并于2017年提出了“授時(shí)戰(zhàn)”概念，導(dǎo)航戰(zhàn)的攻防重點(diǎn)開始向授時(shí)傾斜。與此同時(shí)，高速發(fā)展的5G技術(shù)需要優(yōu)于130 ns的授時(shí)精度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步提出了更高要求。隨著高速通信時(shí)代到來和體系化作戰(zhàn)的推進(jìn)，高精度授時(shí)技術(shù)在軍民主要領(lǐng)域的影響力還將得到進(jìn)一步提升。

3 授時(shí)能力

3.1 主要差距

目前，國內(nèi)授時(shí)體系的建設(shè)水平尚不能完全滿足發(fā)展需求，主要表現(xiàn)在：

(1)軍用授時(shí)能力有限。授時(shí)的地區(qū)、時(shí)段范圍、精度與國防密切相關(guān)，大范圍精確授時(shí)應(yīng)掌握在國家最高軍事決策機(jī)關(guān)，例如美國通過國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)院(National Institute of Standards and Technology，NIST)保持頻率基準(zhǔn)并發(fā)播UTC(NIST)，但最大的守時(shí)系統(tǒng)始終由海軍天文臺(tái)保持。我國軍用時(shí)頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定主要集中在時(shí)頻終端設(shè)備和檢測(cè)計(jì)量等方面，尚未形成完整的授時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[14]；授時(shí)的安全性和冗余性不足。

(2)單一系統(tǒng)授時(shí)能力有限。BDS授時(shí)抗干擾能力不足；BPL授時(shí)臺(tái)、長河二號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)作用范圍和精度無法完全滿足時(shí)頻需求；現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)授時(shí)協(xié)議服務(wù)質(zhì)量不能滿足用戶安全需求、專用網(wǎng)絡(luò)有待大范圍測(cè)試[15]。同時(shí)，許多范圍性時(shí)間基準(zhǔn)的形成，例如基站站間時(shí)間同步、電力系統(tǒng)時(shí)間同步等，都十分依賴衛(wèi)星授時(shí)方式完成，存在一定的安全隱患。

(3)微型時(shí)鐘技術(shù)發(fā)展緩慢。微PNT集成終端具有多數(shù)用戶需要的便攜、可嵌入、低能耗、待機(jī)時(shí)間長等特點(diǎn)，是綜合PNT的核心問題之一[4]。美國國防預(yù)先研究計(jì)劃局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)推出的Micro-PNT項(xiàng)目包括芯片級(jí)原子鐘、綜合微型主原子鐘技術(shù)以及增強(qiáng)穩(wěn)定性原子鐘等多個(gè)微型時(shí)鐘項(xiàng)目[16]，其重點(diǎn)研究的相干布局囚禁(Coherent Population Trapping，CPT)原子鐘在10cm3尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)了10-10的頻率穩(wěn)定度，我國在該技術(shù)的研究上存在一定差距。

(4)水下授時(shí)能力不足。水聲通信協(xié)議中的時(shí)間戳、數(shù)據(jù)融合中用到的時(shí)間標(biāo)簽、睡眠調(diào)度機(jī)制和基于時(shí)隙分配的多路訪問控制(Multiple Access Control Protocol，MAC)協(xié)議等都需要進(jìn)行不同程度的時(shí)間同步。水聲通信主要特點(diǎn)包括：傳播速度低、延遲大且具有時(shí)變性；沖突的時(shí)空不確定性；鏈路距離長；節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性；信號(hào)衰減嚴(yán)重；信道可用帶寬??；多途效應(yīng)嚴(yán)重等，導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘間存在系統(tǒng)偏差，水下時(shí)鐘同步成為了一個(gè)研究難點(diǎn)[17]。整體來說，水下時(shí)鐘同步需利用海洋時(shí)空基準(zhǔn)網(wǎng)組合GNSS和原子鐘，并綜合聲學(xué)、光學(xué)和無線電多種手段解決。需要盡快開展水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步、水下激光精密授時(shí)等技術(shù)研究[18]。

3.2 發(fā)展方向

針對(duì)目前綜合PNT體系中授時(shí)能力不足，世界各國都在進(jìn)行相關(guān)研究工作，以美國為代表的部分經(jīng)濟(jì)、科技強(qiáng)國也對(duì)授時(shí)建設(shè)方案進(jìn)行了規(guī)劃。其中，完善地基PNT授時(shí)能力建設(shè)是目前最重要的內(nèi)容之一。從2015年《國家定位、導(dǎo)航與授時(shí)彈性與安全法案》到《2018年國家授時(shí)彈性與安全法案》，美國越來越重視授時(shí)系統(tǒng)的彈性與安全，對(duì)地基授時(shí)系統(tǒng)的期望由GPS的“補(bǔ)充”演變?yōu)椤皞浞荨?，乃至“可替代系統(tǒng)”[7]。雖然這些法案的具體進(jìn)展及主要技術(shù)較少見于報(bào)道，但是在法案中不斷被重點(diǎn)提及的羅蘭C系統(tǒng)必然是地基授時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其精度方面的缺陷通過eLORAN和網(wǎng)絡(luò)授時(shí)等技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)后，可望實(shí)現(xiàn)定位精度百米級(jí)、授時(shí)精度百納秒的指標(biāo)。

隨著原子頻標(biāo)和光頻標(biāo)精度的不斷提高，衛(wèi)星和長波授時(shí)技術(shù)已經(jīng)難以滿足高精度時(shí)鐘之間的比對(duì)與同步，并且急需BDS之外的備份方式，以滿足國家綜合PNT體系的建設(shè)需求。在這樣的背景下，通常被應(yīng)用于高精度時(shí)鐘同步和頻率校正等領(lǐng)域的光纖授時(shí)、新興量子授時(shí)等技術(shù)有望得到快速發(fā)展。

4 高精度授時(shí)技術(shù)

目前常用的大范圍高精度授時(shí)技術(shù)主要有衛(wèi)星授時(shí)及長波授時(shí)，潛在技術(shù)主要有光纖授時(shí)和量子授時(shí)等，現(xiàn)簡要介紹其技術(shù)特點(diǎn)及需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

(1)衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)

利用衛(wèi)星進(jìn)行時(shí)頻同步與比對(duì)是目前應(yīng)用最為廣泛的授時(shí)手段之一，主要有單向法、共視法(Common View，CV)、雙向時(shí)間頻率傳遞法、載波相位法。單向法易于實(shí)現(xiàn)，授時(shí)精度約100 ns；CV法適用于兩觀測(cè)站能同時(shí)觀測(cè)到同一顆衛(wèi)星的情況，時(shí)間同步精度能夠達(dá)到5 ns～10 ns；BDS/GPS的雙向比對(duì)及載波相位授時(shí)技術(shù)復(fù)雜且成本高，能達(dá)到授時(shí)精度0.5 ns的指標(biāo)，是精度較高的授時(shí)技術(shù)之一[19]。目前需進(jìn)一步針對(duì)衛(wèi)星授時(shí)的抗干擾能力、抗欺騙能力進(jìn)行研究，發(fā)展低成本高精度的衛(wèi)星授時(shí)方式。

(2)長波授時(shí)技術(shù)

典型的長波授時(shí)系統(tǒng)是羅蘭C系統(tǒng)，其導(dǎo)航站遍布全球，我國長波授時(shí)服務(wù)主要由BPL授時(shí)臺(tái)和長河二號(hào)系統(tǒng)提供。BPL長波授時(shí)臺(tái)自1979年開始投入使用，其傳播距離遠(yuǎn)、適用于電導(dǎo)率高的海面，成為了艦船依賴的導(dǎo)航手段之一。目前長波授時(shí)主要指標(biāo)為：時(shí)刻準(zhǔn)確度1 μs，作用范圍可達(dá)千km。

對(duì)于長波授時(shí)臺(tái)，一方面需要提升系統(tǒng)有效覆蓋面積，改進(jìn)長河臺(tái)時(shí)頻系統(tǒng)、提高守時(shí)能力和信號(hào)發(fā)播精度，升級(jí)發(fā)射系統(tǒng)與導(dǎo)航/守時(shí)監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)，提高PNT服務(wù)精度。另一方面根據(jù)天地互備需要，構(gòu)建羅蘭增強(qiáng)北斗能力，參與北斗系統(tǒng)完善性輔助監(jiān)測(cè)、播發(fā)北斗系統(tǒng)完善性信息和區(qū)域修正類信息，在衛(wèi)星受干擾或者被遮擋情況下，主要工作區(qū)有能力保持可靠的PNT服務(wù)。

(3)光纖授時(shí)技術(shù)

光纖授時(shí)具有低損耗、高穩(wěn)定、大帶寬等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在精度和穩(wěn)定度方面潛力巨大[20-21]，可以很好地與光頻標(biāo)進(jìn)行匹配。對(duì)于國防計(jì)量領(lǐng)域的安全保密、抗干擾性、穩(wěn)定性等特殊要求，建立可多點(diǎn)下載的高精度光頻傳輸系統(tǒng)可以圓滿地實(shí)現(xiàn)國防最高計(jì)量站和各次級(jí)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量站等之間的時(shí)間比對(duì)、頻率分發(fā)等，因此，光纖授時(shí)技術(shù)有望在遠(yuǎn)程校準(zhǔn)技術(shù)方面發(fā)揮重要作用。目前該技術(shù)主要以網(wǎng)絡(luò)授時(shí)的形式呈現(xiàn)，例如取得廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(Network Time Protocol，NTP)、精密時(shí)鐘同步協(xié)議(Precision Timing Protocol，PTP)，以及部分專用光纖網(wǎng)絡(luò)，不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域及精度指標(biāo)如表2所示。

表2 不同網(wǎng)絡(luò)授時(shí)類型及特點(diǎn)

國際上主要的時(shí)頻實(shí)驗(yàn)室，如美國NIST和實(shí)驗(yàn)天體物理學(xué)聯(lián)合研究所、德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院和英國國家物理實(shí)驗(yàn)室、日本國家信息與通信研究院等單位，當(dāng)前都將光纖授時(shí)技術(shù)視為研究重點(diǎn)[22]。國內(nèi)方面，國家授時(shí)中心、中國計(jì)量院與清華大學(xué)等單位也開展了光纖時(shí)頻傳遞實(shí)驗(yàn)。目前該技術(shù)的局限主要在于其精度通常隨距離的延長而下降，并且在民用光纜網(wǎng)的效果有待進(jìn)一步測(cè)試。經(jīng)過進(jìn)一步發(fā)展后，光纖授時(shí)技術(shù)有望結(jié)合我國豐富的光纜網(wǎng)資源形成四通八達(dá)的高精度授時(shí)網(wǎng)絡(luò)。隨著光原子鐘技術(shù)的進(jìn)步，專用光纖網(wǎng)絡(luò)上的特高精度時(shí)間同步也將成為潛在研究對(duì)象。

(4)量子授時(shí)技術(shù)

量子授時(shí)技術(shù)以量子通信技術(shù)為基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)室條件下展現(xiàn)出飛秒級(jí)時(shí)間同步潛力，是目前可知精度最高的授時(shí)手段。國家授時(shí)中心建立了國內(nèi)首個(gè)量子時(shí)間同步實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了頻率糾纏光源量子特性的可操控性，實(shí)現(xiàn)了頻率一致糾纏光源和HOM二階量子干涉，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)證明了量子授時(shí)技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際應(yīng)用效果有待進(jìn)一步測(cè)試與研究[23]。

5 地基授時(shí)系統(tǒng)

不論是出于民用系統(tǒng)的完善還是軍用系統(tǒng)的冗余性，地基授時(shí)系統(tǒng)都是綜合PNT體系建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國較早開展了地基授時(shí)系統(tǒng)研究，由國家授時(shí)中心牽頭的十三五重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)”已于2018年全面啟動(dòng)建設(shè)任務(wù)，屆時(shí)由地基系統(tǒng)提供的授時(shí)信號(hào)將基本覆蓋我國國土，能夠有力支持我國“一帶一路”國際合作和遠(yuǎn)海任務(wù)[24]、在復(fù)雜環(huán)境下提供可靠和高性能時(shí)頻信息支持，為BDS授時(shí)提供廣域備份，從而增強(qiáng)PNT信息的多源性、可靠性和安全性，使國家綜合PNT體系更加完備。

在地基授時(shí)系統(tǒng)中，光纖長距離時(shí)頻傳遞是需要重點(diǎn)研究的技術(shù)。國外較成功的方案有2013年德國Chiodo通過雙向布利淵放大器進(jìn)行的測(cè)試、2015年法國Droste通過四級(jí)級(jí)聯(lián)開展的試驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)了千km距離的光頻信息傳遞。國內(nèi)主要有中科院授時(shí)中心[25]、上海交通大學(xué)[26]等單位開展相關(guān)研究。海軍工程大學(xué)在2019年8月進(jìn)行了可分布式授時(shí)的遠(yuǎn)距離實(shí)驗(yàn)，對(duì)700 km盤纖加入了高低溫變化，最終兩端銣原子鐘之間達(dá)到了小于0.6 ns的授時(shí)精度(1σ)，頻率穩(wěn)定度為1.14×10-4/天。實(shí)驗(yàn)方案如圖1，測(cè)試結(jié)果如圖2所示，該方案能夠?yàn)檫h(yuǎn)距離時(shí)頻傳遞提供參考和技術(shù)支持。

圖1 700km光纖時(shí)頻同步測(cè)試示意圖

圖2 700km光纖兩端銣鐘時(shí)間差測(cè)試結(jié)果

我國長波授時(shí)臺(tái)和BDS的建設(shè)均經(jīng)歷了演示性方案、試驗(yàn)驗(yàn)證、完整建設(shè)等過程，對(duì)于地基時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)的研究可能也將由局域時(shí)間基準(zhǔn)網(wǎng)入手，逐漸從衛(wèi)星授時(shí)的補(bǔ)充發(fā)展為授時(shí)的主要手段之一。高精度地基授時(shí)系統(tǒng)有望與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以構(gòu)建多層次、立體交叉、安全可靠的國家級(jí)授時(shí)體系。其中關(guān)于局域系統(tǒng)建設(shè)、無線和有線授時(shí)方法對(duì)接等方面的研究有望取得一定進(jìn)展，也對(duì)光纖授時(shí)、量子授時(shí)等新興技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提出了更高要求。

6 結(jié)束語

北斗總設(shè)計(jì)師楊長風(fēng)在中國科協(xié)年會(huì)上指出要在2020年完成綜合PNT體系總體方案設(shè)計(jì)與論證,2035年完成整體建設(shè)。國家授時(shí)體系是其中非常重要的一部分。先進(jìn)、完善的授時(shí)體系是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的重要保障，也是科技進(jìn)步的需求；獨(dú)立、自主的授時(shí)體系是重要的戰(zhàn)略資源；安全、可靠的授時(shí)系統(tǒng)是國家的基礎(chǔ)設(shè)施[19]。建設(shè)以天基為主、天地互備的授時(shí)系統(tǒng)能夠有效地拓展綜合PNT體系的冗余性和安全性，其中LORAN、高精度光纖授時(shí)是地基授時(shí)系統(tǒng)的核心技術(shù)，也是國防建設(shè)的需要。