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[摘 要]随着我国航天和国防事业的快速发展，对时间频率的精度要求越来越高，同时越来越多的科研机构和专家学者都希望拥有一个更加精确的时间频率参考。中国计量科学研究院拥有3000万年不差一秒的铯原子喷泉钟、多台守时型氢原子钟和铯原子钟，建立和保持高精度的国家时间频率基准。为了更好地让更好地服务国家和社会，从可靠性、效率和成本考虑，传统的搬运校准方法存在诸多局限，新型的远程时间频率校准将有广阔的发展空间。
[关键词]远程 校准 GPRS
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0324-01
引 言
随着北斗卫星导航系统的投入运行，基于北斗卫星的远程时间频率比对成为可能。国家授时中心基于北斗卫星共视时间比对方法，搭建了一套远程时间频率校准系统，由远程时间比对基准终端、远程时间比对校准终端和数据分析处理中心组成，可在远程恢复出UTC（NTSC）的时间频率信号。远程时间比对基准终端测量UTC（NTSC）与北斗卫星钟的钟差；远程时间比对校准终端测量本地原子钟与北斗卫星钟的钟差，并在本地驾驭生成与UTC（NTSC）同步的时频信号；数据分析处理中心处理来自远程时间比对基准终端和远程时间比对校准终端的数据。该系统摒弃了传统的不连续观测方法，以10 min作为1个观测周期，实现了时间频率的连续比对。试验结果表明，该系统配送UTC（NTSC）的不确定度为3.74 ns，配送信号的频率天稳定度达到1.97E-14。
一 时间频率校准的概述
1.时间频率校准的含义
时间频率校准的任务是保证计量标准及器具的量值统一，低一级别的标准以高一级别的标准作为基准，直至追溯到国家和国际计量基准。国内目前在低一个级别的时频计量标准需要校准时，是将校准用时频设备和待校准的时频设备放置在同一房间里面，校准结果采取直接比较手段获取。而在这些时频计量标准设备中，绝大多数是不能运输和搬动的设备，或者是不适合运输和搬动的设备，所以当有线和无线信号传播方式日益丰富以后，远程时间频率校准随之产生。
2.时间频率校准的作用
时间频率校准可以将电磁波作为载体，进行远距离发播和传递，不需要直接逐级地传递，尤其是全球导航卫星系统的广泛使用，使GNSS作为时间频率校准参考和传递介质校准本地时间频率标准或测量仪器成为了可能。目前，GNSS在国际守时合作中起到了核心作用，各国守时实验室间的视频对比几乎全部通过卫星信号完成。卫星信号并不是发播时间和频率的唯一手段，但它们的实际应用中有明显的优势。一是卫星信号覆盖范围广；二是卫星发播器和地面延迟值相对地面发播站更为稳定、也更容易准确的评估，这一点很重要，因为传播延迟是各种不同手段不确定度的主要来源。
二、国内外新型时间频率校准系统研究的发展
目前，依托中国计量科学研究院的国家时间频率计量中信自主研制的激光冷却铯原子喷泉钟和原子时校基准装置产生国家时间频率基准，我国的连续运行的国家时间频率基准UTC通过GNSS时间频率传递和卫星双向时间频率传递向国际标准时间频率传递、光纤时间频率传递、网络、电话等方式将全国时间频率标准量值向国家各级时间频率计量标准、计量器具和时间频率用户传递。
由于时间频率本身存在的特点，不存在实物，只是一个量度，通过载体可以在全球范围内实现距离传递与校准，授时和时间服务可通过网络、电视、长短波电台、卫星系统等实现，全球各个视频研究实验室时间通过GPS共视或者全视技术，实现高精度的时间频率传递已有多年。这种方法给长适合与原子钟对比，从而使世界各守时实验室的原子钟一起参与TAI计算。而随着俄罗斯全球导航卫星系统星座状态等不断完善，GLONASS在高精度时间对比方面正在成为GPS系统的重要补充手段，北斗卫星导航系统已经进入初始服务阶段，就连国内专家也已经开始了共视时间传递算法研究，开发了可以利用北斗共视时间传递的专用软件。所以，在全球共同发展的今天，GNSS共视时间传递技术依然是未来发展的方向。
目前在国外，美国国家标准技术研究院，英国皇家物理实验室等，其他国家计量院，都已经开展利用GNSS共视技术进行时间频率校准的服务。随着国内国民经济对科学技术要求的提高，需要高精度时间和频率同步的领域越来越多，GNSS共视技术在各个领域的应用，正逐步扩展。同时由于GNSS设备价格越来越便宜，定时精度高，使用方便的特点，逐步应用于国防、通信等领域。
三 新型远程时间频率校准系统
新型远程时间频率校准系统中应用到GNSS共视法原理，时频使用者可以把GNSS作为一种中间媒介，直接实现与中国计量科学研究院的原子钟同步，即时间频率设备直接溯源到了国家的基准时间UTC。并且中国计量科学研究院通过GNSS共时技术，参与TAI和标准UTC的计算，BIPM定期公布中国计量科学研究院时间和标准UTC的钟差。通过这条链路，使用户实际上进一步溯源到了国家标准时间UTC。
当前中国计量科学研究院自主研制的全球卫星导航系统）时频传递接收机NIMTFGNSS-1和基于Web的时频比对系统，在此基础上搭建了NIMDO系统硬件和软件平台，对NIMDO系统客户端硬件进行了集成，明确了系统的运行环境。现我国从原子频标的准确度和稳定度这两个重要性能指标出发，将GNSS时频传递接收机的实时数据进行预处理，应用钟差预报算法实时预报铷原子振荡器钟差；依据掌握的铷原子振荡器特性，提出了分阶段铷原子振荡器远程实时驯服校准方案，并对此进行新型系统的开发。
参考文献
[1] 陈俊勇，党亚明，程鹏飞.全球导航卫星系统的进展[J].大地测量与地球动力学. 2007（05）
[2] 马煦，孔维，孙海燕. 基于GPS驯服铷钟的频率校准系统设计[J]. 电讯技术. 2011（10）
[3] 崔保健，王玉珍. GPS馴服铷钟频标数据处理方法研究[J]. 电子测量与仪器学报. 2010（09）
[4] 郭海荣. 导航卫星原子钟时频特性分析理论与方法研究[D]. 解放军信息工程大学 2006
[5] Aimin Zhang，Yuan Gao，Kun Liang，Zhiqiang Yang，Weibo Wang，Dayu Ning，Kejia Zhao，Yue Zhang，Yan Huang，Han Zhang，Xiaoxun Gao. Research on Time Keeping at NIM[J]. MAPAN . 2012 （1）
[6] Peter B Whibberley，John A Davis，Setnam L Shemar. Local representations of UTC in national laboratories[J]. Metrologia . 2011 （4）
[关键词]远程 校准 GPRS
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0324-01
引 言
随着北斗卫星导航系统的投入运行，基于北斗卫星的远程时间频率比对成为可能。国家授时中心基于北斗卫星共视时间比对方法，搭建了一套远程时间频率校准系统，由远程时间比对基准终端、远程时间比对校准终端和数据分析处理中心组成，可在远程恢复出UTC（NTSC）的时间频率信号。远程时间比对基准终端测量UTC（NTSC）与北斗卫星钟的钟差；远程时间比对校准终端测量本地原子钟与北斗卫星钟的钟差，并在本地驾驭生成与UTC（NTSC）同步的时频信号；数据分析处理中心处理来自远程时间比对基准终端和远程时间比对校准终端的数据。该系统摒弃了传统的不连续观测方法，以10 min作为1个观测周期，实现了时间频率的连续比对。试验结果表明，该系统配送UTC（NTSC）的不确定度为3.74 ns，配送信号的频率天稳定度达到1.97E-14。
一 时间频率校准的概述
1.时间频率校准的含义
时间频率校准的任务是保证计量标准及器具的量值统一，低一级别的标准以高一级别的标准作为基准，直至追溯到国家和国际计量基准。国内目前在低一个级别的时频计量标准需要校准时，是将校准用时频设备和待校准的时频设备放置在同一房间里面，校准结果采取直接比较手段获取。而在这些时频计量标准设备中，绝大多数是不能运输和搬动的设备，或者是不适合运输和搬动的设备，所以当有线和无线信号传播方式日益丰富以后，远程时间频率校准随之产生。
2.时间频率校准的作用
时间频率校准可以将电磁波作为载体，进行远距离发播和传递，不需要直接逐级地传递，尤其是全球导航卫星系统的广泛使用，使GNSS作为时间频率校准参考和传递介质校准本地时间频率标准或测量仪器成为了可能。目前，GNSS在国际守时合作中起到了核心作用，各国守时实验室间的视频对比几乎全部通过卫星信号完成。卫星信号并不是发播时间和频率的唯一手段，但它们的实际应用中有明显的优势。一是卫星信号覆盖范围广；二是卫星发播器和地面延迟值相对地面发播站更为稳定、也更容易准确的评估，这一点很重要，因为传播延迟是各种不同手段不确定度的主要来源。
二、国内外新型时间频率校准系统研究的发展
目前，依托中国计量科学研究院的国家时间频率计量中信自主研制的激光冷却铯原子喷泉钟和原子时校基准装置产生国家时间频率基准，我国的连续运行的国家时间频率基准UTC通过GNSS时间频率传递和卫星双向时间频率传递向国际标准时间频率传递、光纤时间频率传递、网络、电话等方式将全国时间频率标准量值向国家各级时间频率计量标准、计量器具和时间频率用户传递。
由于时间频率本身存在的特点，不存在实物，只是一个量度，通过载体可以在全球范围内实现距离传递与校准，授时和时间服务可通过网络、电视、长短波电台、卫星系统等实现，全球各个视频研究实验室时间通过GPS共视或者全视技术，实现高精度的时间频率传递已有多年。这种方法给长适合与原子钟对比，从而使世界各守时实验室的原子钟一起参与TAI计算。而随着俄罗斯全球导航卫星系统星座状态等不断完善，GLONASS在高精度时间对比方面正在成为GPS系统的重要补充手段，北斗卫星导航系统已经进入初始服务阶段，就连国内专家也已经开始了共视时间传递算法研究，开发了可以利用北斗共视时间传递的专用软件。所以，在全球共同发展的今天，GNSS共视时间传递技术依然是未来发展的方向。
目前在国外，美国国家标准技术研究院，英国皇家物理实验室等，其他国家计量院，都已经开展利用GNSS共视技术进行时间频率校准的服务。随着国内国民经济对科学技术要求的提高，需要高精度时间和频率同步的领域越来越多，GNSS共视技术在各个领域的应用，正逐步扩展。同时由于GNSS设备价格越来越便宜，定时精度高，使用方便的特点，逐步应用于国防、通信等领域。
三 新型远程时间频率校准系统
新型远程时间频率校准系统中应用到GNSS共视法原理，时频使用者可以把GNSS作为一种中间媒介，直接实现与中国计量科学研究院的原子钟同步，即时间频率设备直接溯源到了国家的基准时间UTC。并且中国计量科学研究院通过GNSS共时技术，参与TAI和标准UTC的计算，BIPM定期公布中国计量科学研究院时间和标准UTC的钟差。通过这条链路，使用户实际上进一步溯源到了国家标准时间UTC。
当前中国计量科学研究院自主研制的全球卫星导航系统）时频传递接收机NIMTFGNSS-1和基于Web的时频比对系统，在此基础上搭建了NIMDO系统硬件和软件平台，对NIMDO系统客户端硬件进行了集成，明确了系统的运行环境。现我国从原子频标的准确度和稳定度这两个重要性能指标出发，将GNSS时频传递接收机的实时数据进行预处理，应用钟差预报算法实时预报铷原子振荡器钟差；依据掌握的铷原子振荡器特性，提出了分阶段铷原子振荡器远程实时驯服校准方案，并对此进行新型系统的开发。
参考文献
[1] 陈俊勇，党亚明，程鹏飞.全球导航卫星系统的进展[J].大地测量与地球动力学. 2007（05）
[2] 马煦，孔维，孙海燕. 基于GPS驯服铷钟的频率校准系统设计[J]. 电讯技术. 2011（10）
[3] 崔保健，王玉珍. GPS馴服铷钟频标数据处理方法研究[J]. 电子测量与仪器学报. 2010（09）
[4] 郭海荣. 导航卫星原子钟时频特性分析理论与方法研究[D]. 解放军信息工程大学 2006
[5] Aimin Zhang，Yuan Gao，Kun Liang，Zhiqiang Yang，Weibo Wang，Dayu Ning，Kejia Zhao，Yue Zhang，Yan Huang，Han Zhang，Xiaoxun Gao. Research on Time Keeping at NIM[J]. MAPAN . 2012 （1）
[6] Peter B Whibberley，John A Davis，Setnam L Shemar. Local representations of UTC in national laboratories[J]. Metrologia . 2011 （4）