时间基准及其在雷达装备中的应用要求

王 凌

(海军驻中国电子科技集团第十研究所军事代表室，成都 610036)

时间基准及其在雷达装备中的应用要求

王 凌

(海军驻中国电子科技集团第十研究所军事代表室，成都 610036)

精准的时间基准是雷达等电子装备实现精确探测的基础。本文介绍了时间的单位、计量时间的设备、时间的标准、世界统一时间的形成，并介绍了雷达授时方法与授时网络，重点阐述了授时产品在装备中的应用，包括授时产品在网路化协同探测、电力系统、军用通讯和军用网络中的应用。

时间基准；授时产品；雷达；电子装备

0 引 言

精准的时间基准是雷达等电子装备实现精确探测的基础。随着电子装备技术的发展和应用功能、应用模式的拓展，对时间基准提出了更高的要求。雷达高精度探测的基准时间要求已快速拓展至纳秒级，且需具备高稳定和高度一致等能力，为此多类基准授时方法已得到应用。本文主要介绍时间的单位、计算时间的设备、时间的标准、世界统一时间的形成、统一时间的作用、授时的方法、不同领域所使用的时间统一的产品等[1]。

雷达常用时间单位主要有：年(y)、月(m)、日(d)、小时(h)、分(min)、秒(s)、毫秒(ms)、微秒(μs)、纳秒(ns)。

雷达常用时间计算参照标准主要有：

(1) 世界时，简称UT，为基于地球自转确立的时间标准，是由地球的自转所形成的太阳东升西落“日”时间概念，由地球公转形成“年”时间概念，并形成年(y)、月(m)、日(d)、小时(h)、分(min)、秒(s)等时间标准。

(2) 原子时，简称AT，是利用电子围绕原子核运动产生的无线电频率进行计时的方法建立的时间标准。电子围绕原子核运动、产生能量并以某一频率的电磁波形式表现出来的时间特性。该特性具有高度稳定的固有特点，如铯原子频率标准，基于铯原子9192631770±10/s的频率和时间的关系，形成了原子时时间标准[2]。

1 精密时间在装备中的作用

早期的电子装备由于其技术相对简易、应用需求不高，特别是雷达等装备尚不具实时检测或实施建立目标航迹等功能，因而时间需求的精确性、稳定性等相对不高，其一般要求为到秒级即可。

随着装备功能发展和技术的推动，现代装备尤其是在现代航空、航天、舰船、武器等领域，活动范围涉及区域广阔，甚至可达全球和深空。同时，由于相关飞机、导弹、航天器等雷达目标的运行速度越来越快，机动特性也越来越复杂，为有效实现对这些高速度运行物体的测定、定位、控制，除了需要时间的统一外，还对时间的精度提出了极高的要求。因此，高度统一、高度精密的时间已成为现代雷达探测技术的基本要求和必不可少的重要手段。为实现现代雷达对目标的精确探测，不仅需要统一的精准时钟，还需要具有高稳定性能，其精度要求已需达到亚微妙级，甚至更低。因此，建立和实现统一的、精密的时间系统和装备能力已经成为国防建设和经济发展的重要基础设施。

2 雷达授时方法与授时网络

授时方法在世界各国都采用原子钟来产生和保持标准时间，并通过各种手段和媒介将标准时间信号送达用户。将时间信号送达用户的方法有很多，并形成了卫星、短波等授时系统即“授时网络”。在我国，授时工作主要由中国科学院国家授时中心负责。我国目前与世界大多数国家一样，雷达获取时间的授时方法与授时网络一般有卫星授时、短波授时、长波授时和雷达内部专用授时。

2.1 卫星授时

由于卫星在距离地球很高的太空运行，一颗卫星的信号就可以提供给地球上很多雷达用户使用，再加上卫星信号从太空直达地球，干扰少，精度高，所以卫星授时是目前世界公认的高精度授时手段，其授时精度可以达到纳秒的量级。

目前，对世界开放、用于全世界授时的最主要的系统，一个是美国的GPS全球定位系统，一个是俄罗斯的GLONASS全球定位系统，另外一个是我们国家自己建立的北斗导航卫星定位系统。

美国的GPS全球定位系统共有24颗卫星，1973年开始研制。俄罗斯的GLONASS全球定位系统共有24颗卫星，1973年开始发射第一颗卫星。我国的北斗导航卫星定位系统2000年开始使用，当时只有3颗卫星。按照规划，到2020年，我国将建成一个面向全球的导航系统和一个面向亚太地区的具有35颗卫星的2个卫星授时系统。截至到2013年，我国的北斗导航卫星定位系统在轨运行卫星数量已达16颗。

我国北斗导航卫星的成功发射及系统的投入使用，大大提高了我国自主导航、授时的能力。北斗导航系统具有导航、授时与通信功能。

2.2 短波授时

与短波通讯一样，短波授时也是利用广播形式信号发送给用户。短波授时的天波是依靠电离层对短波的反射作用传播的。由于电离层可以反射短波，因此可以将授时台的信号传到很遥远的地方。所以，一个短波授时台可以有很大的授时范围。

短波授时的优点是覆盖广，授时设备简单，接收设备简单，但其缺点是误差较大，授时精度只能达到毫秒量级，且噪声大、干扰多等。

2.3 长波授时

长波授时也是一种很多国家使用的一种授时方式。我国的长波授时由国家授时中心利用广播电台把信号发送给用户。

长波授时比短波授时有一定的优势，一是距离较远，可达3000 km；二是误差小，精度高，发播频率准确度可达10-12。

2.4 雷达内部专用授时

雷达内部专用授时是指基于时间计算参照标准的上层系统授时和雷达自授时的专用授时系统，主要用于对雷达目标搜索和测量。

3 授时产品在装备中的应用

3.1 授时产品在网路化协同探测中的应用

现代战争中，雷达装备将面临各种类型的飞机、舰艇、导弹、火炮和电子信息目标的威胁，必须具备严格的基于空间的导航和时间基准，以实现对目标的精准探测和测量。特别是针对现代雷达组网探测中，由于需实现网内多种复杂布站、体制和功能雷达传感器的实时协同探测能力，必须保持时间的高度一致。

近年来，时间同步产品得到了广泛的应用。主要授时产品都是按照国标及军标要求研发、生产的产品。产品在多种类型作战平台使用中性能可靠，运行稳定。目前，典型授时产品的技术能力和技术特点为：

(1) 标准时源多样化。典型时间同步仪可同时采用5种标准时间源，其中4种无线方式和1种有线方式。4种无线方式分别是北斗、GLONASS、GPS三种卫星定位系统和我们国内的短波授时。另外，还可以通过有线方式接受外部标准时间信号。

(2) 同时具有授时、校时和守时功能。授时精度高，可以达到百纳秒级以内。

(3) 强大的守时功能。在长时间不接收外部时源信息的情况下，仍然能对原有的精密时间信息进行保持。这一点，可以对需要长时期进行隐蔽、长时期与外界切断联系而又需要精密时间信息的装备提供特殊的服务。守时误差可达10毫秒/年级以内。

(4) 极强的环境适用性。适应各种水下、地下、山林、楼区等多种接收卫星、电台信号不方便的场合使用。

(5) 具备优异的防潮湿、防雨淋、防盐雾、防霉菌性能,适合各种恶劣、严酷的环境。

3.2 授时产品在电力系统中的应用

电力系统离不开高精度的时间设备，尤其是在高压电力网络内若不能在精确时间前提下进行送电、停电、开关闸，将会产生严重后果。所以，高精度的授时产品是电力系统必不可少的重要设备。因此，在现代电力系统授时产品应集自动校时、守时和授时于一体，具有精度高、智能化等特点，除设有多种接口外还设有光纤接口，可远距离传输时间同步信号。

3.3 授时产品在军用通讯中的应用

在军用通讯中，时间同步是必不可少的一个组成部分。随着通讯技术的发展，越来越多地对通讯网络提出高精度时间同步要求。如果时间不同步，轻则通信声音断续、图像传输抖动或是数据链丢包，重者收不到讯号,无法进行通信。

例如，目前数据链微秒级的时间同步要求。对于传统数据链，只需要频率同步即可提供满足要求的频率信息，而对于最新的数据链技术，只是频率同步已经不能满足要求，所以需要高精度的GPS卫星授时解决同步问题。目前，我国的新一代的北斗导航系统已投入应用，出于安全性方面的考虑，通讯系统的授时系统已开始使用我国北斗来取代美国的GPS。

3.4 授时产品在军用网络中的应用

在没有以太网络时，作战平台大部分设备各自配备一套校时单元及天线，由于对时间精度要求的不同，因此可能采用了不同的时间基准和校时方式。这样就造成不同设备间的时间误差较大，且校时天线过多影响作战平台的整体电磁兼容设计和布局。

现代大型作战平台基本都配置内部军用以太网，在以太网内部设备通过网络进行数据传输和交换。大型作战平台执行作战任务进行对敌打击时，从警戒雷达发现跟踪目标到火控雷达给武器系统提供精确的目标指示，再到武器系统对目标进行火力打击。在这个过程中，各相关设备必须具备严格统一的时间基准，以实现对目标的精准探测与打击。因此，网络授时产品应运而生，可以通过网络广播发送精确的时间信息，不受距离限制，且仅有一套校时天线，大大减少了作战平台上校时天线林立的情况，提高了集成度。

这种网络授时产品的主要特点：

(1) 可以同时对多台设备授时，且不受距离的限制。

(2) 体积小，功耗低，具有精度高、接口通用、智能化等优点，在国内外同类产品中处于领先水平。

(3) 时源多，可以利用BD、GPS、GLONASS、短波四种时源进行授时、校时，同时还配有原子钟进行守时，当其他校时手段都失效时仍可保证向用户提供高精度、高可靠性时间信号的产品。

(4) 突破天线与授时设备传统上60 m左右的射频传输距离的限制，使天线到授时设备之间的距离可以达到1500 m以上，为一些天线与授时设备之间有较远距离的特殊用户提供了方便。

4 结束语

随着我国装备的发展和技术实力的进步，时间同步产品必将在雷达装备中发挥越来越重要的作用。我们相信，时间同步产品的应用一定会为我国的国防建设、国家安全和国民经济发展作出积极的贡献。

[1] 童宝润. 时间统一系统[M]. 北京：国防工业出版社,2003.

[2] 北京汇美电子技术有限公司. 卫星导航、授时、雷达产品介绍.www.huimeidianzi.com,2014-12-3.

Time reference and its application requirements in radar equipment

WANG Ling

(Military Representatives Office of the PLA Navy in No.10 Research Institute of CETC, Chengdu 610036)

Accurate time reference is a basis for the radar equipment to realize precision detection. The unit of time, time measurement device, time standards, formation of unified world time as well as radar time service methods and network are introduced. The applications of time service products in the networked cooperative detection, power system, and military communication and network are expatiated.

time reference; time service product; radar; electronic equipment

2014-09-10；

2014-10-20

王凌(1978-)，男，工程师，研究方向：雷达总体技术。

TN99

A

1009-0401(2014)04-0013-03