我国授时服务体系发展现状分析

2017-09-18李晓东

中国设备工程 2017年17期

关键词：短波服务体系北斗

李晓东

（山西省计量科学研究院，山西太原 030032）

我国授时服务体系发展现状分析

李晓东

（山西省计量科学研究院，山西太原 030032）

我国军用领域和民用领域对授时服务有着各种各样的需求，随着授时服务体系的建设，我国正在逐步完善授时系统的体系。本文介绍了现阶段我国的各种授时系统的工作原理和技术特点，根据军用、民用各行业对授时服务的不同需求和现有的各种授时系统的优缺点对比，以及不断革新的授时技术，分析了我国授时服务的应用现状，为我国建设完善的授时服务体系提出建设性的意见。

授时服务；卫星授时；时间频率

根据经济建设以及国防发展的需要，我国正逐步建立完整性、多手段、多层次的授时服务系统，授时范围覆盖了我国大部分地区。随着科学技术的高速发展授时服务范围正在扩大，对授时服务提出了高精度、高安全等要求，并随之产生新的授时手段和技术。在这种情况下，对我国现阶段的授时服务展开分析和探索，追踪新的授时技术成为了建设授时系统的必然要求。本文从授时的需求、现有的授时系统、新的技术方法的角度，分析我国现在的授时服务体系，应对授时服务的应用现状给予建议，希望能促进我国的授时服务体系建设。

1 授时需求分析

1.1 民用需求

授时服务依据用户的领域不同，可分为民用与军用用户。授时的民用需求来源于电信网络、交通运输、电子商务和科研等方面，需求的时间精度范围是秒量级至纳秒量级，甚至达到皮秒量级。个人应用的授时需求在1s之内；在交通运输中，授时精度的需求也是1s；通信行业里，移动基站的需求是3μs；科研中，不同领域的授时需求不同，在1s到1ps之间。

1.2 军用需求

随着信息时代的发展，军用领域中的时间信息，几乎成为了所有军事行动的基础，如联合作战、军事演习等需要相同时间标准。时间应用在信息化装备、主武器平台、大型系统等许多方面，对时间的精度需求不同。

授时系统在军用领域的应用中，除了对精度的需求外，针对战场的复杂环境，对抗干扰性和抗摧毁性也有更高的需求。

2 现有授时系统

我国的授时系统主要是星基的北斗卫星导航系统、陆基无线电授时系统和有线NTP以及PSTN系统。其中的北斗卫星系统是由我国自主研发、独立运行，能和世界其他的卫星导航系统兼容、相互操作的全球卫星导航系统。与美国的GPS导航系统一样，除了定位、导航的功能外，具备独立的授时功能。

北斗系统的时间基准是北斗时，基本单位采用国际单位的秒，连续累计无闰秒。卫星导航的授时系统有范围大、精度高的特点，接收机价格低廉、便携，是目前应用最广泛的高精度授时方式，缺点是信号较弱，抗干扰性弱。

无线授时系统主要分为短波和长波的授时系统。短波授时应用10～100m的波长将标准时间发博和传递，利用无线电台发送时间信号，用户通过无线电接收后，将本地时间和标准时间对比，完成授时。长波利用的波长达到1～10km，方式和短波相同，精确度比短波更高。

有线授时系统包括PSTN公网电话授时系统和NTP互联网授时系统。PSTN系统的精度只能精确到毫秒级，利用全国的公用通讯网络资源，低投资、见效速度快、安全性高。

NTP网络系统经济实用，授时精度低，且会随着网络的机构与负荷的变化产生变化，能满足中低精度需求的用户。

3 授时新技术

随着科学技术的快速发展，对授时精度有着越来越高的需求，随之衍生了许多新的授时技术，如：授时转发技术，这项技术来源于中科院的CAPS系统，利用稳定度极高的原子钟生成标准的时间信号，通过卫星进行定位授时，精度可以达到3～5ns；数字卫星电视授时技术，利用卫星电视的信号将标准时间发博和传递，中科院提出在上行站端对PCR进行标记，记录本地时间，对比标准时间进行修正，实验证明，这项技术的授时精度高于100ns，具有低投资、建设周期短等优点；光纤授时技术，这项技术拥有低成本、结构简单、抗毁性高、抗干扰以及传输损耗低的优点，难点在于解决传输延时，时间传递的不确定度能达到100ps，日波动范围在30ps之内；量子时间授时技术，国家授时中心经实验证明了量子授时能够实现，据实测结果的分析，量子授时技术的授时精度能达到亚皮秒级，是目前精确度最高的方法。

4 授时应用现状分析与发展建议

4.1 授时的应用现状

目前，我国的授时服务已具备一定的基础，能够满足各行业对时间频率的基本要求，但在授时应用和授时能力上还存在一些不足。需求为毫秒级的用户，网络授时、电话授时和BPC、BPM授时系统都能满足需求，但还存在以下问题：网络客户需求量大、布点少、安全性不高；电话授时客户少、服务器少、成本高；BPM用户的接收机成本高，抗干扰能力差，覆盖范围小；BPC主要应用于民用钟表，用户数量具备规模，存在的问题在于站点少，覆盖能力不足。

微秒级的用户主要是通信和电力等工业部门和少量军用系统，主要问题是用户的接收机成本高，系统覆盖范有限。北斗系统和GPS系统占领了数十纳秒级的大部分市场，优点是成本低及便捷性，缺点是信号弱以及抗干扰能力差等。

军、民领域中纳秒级和亚纳秒级高精度需求，呈高速上升趋势，目前主要利用北斗系统和GPS系统以及部分光纤授时进行解决，问题在于使用专门的比对链路，成本过高。