时间是国际单位制(SI)七个基本物理量中测量准确度最高、应用范围最广的量。高精度时间频率已成为国家科技创新、经济发展、国防建设和社会运行的重要基础,广泛支撑着基础研究、工程技术以及国计民生等众多领域。我国是世界上少数拥有独立、准确时间频率基准的国家之一,依托中国计量科学研究院建立了原子时标国家计量基准UTC(k),根据国家计量体系要求,我国法定时间频率量值均需溯源至这一国家基准,以确保全国时间频率量值的统一、准确和可溯源。
我国是世界上少数具备独立建立和保持国家时间频率基准能力的国家之一。中国计量科学研究院建立并维护着我国原子时标国家计量基准UTC(k),承担国家法定时间频率量值统一和溯源的职责。根据国家计量体系要求,各类时间频率标准和测量设备均应通过规范途径溯源至UTC(k),以确保全国范围内时间频率量值的一致性、准确性和可比性。
然而,与长度、质量等实物量不同,时间频率量值往往应用于分布广泛的远程场景。通信基站、电力调度中心、轨道交通控制系统、地方计量机构以及各类科研平台通常距离国家基准数百甚至数千公里,传统依靠设备送检或逐级传递的溯源模式存在周期长、成本高、覆盖范围有限等问题,难以满足现代社会对实时、高精度、广域化时间频率服务的需求。
因此,如何将国家时间频率基准高精度、低不确定度地传递到远端用户,并在用户端实时复现与保持国家标准时间频率量值,成为时间频率计量领域的重要研究方向。围绕这一目标,研究人员逐步构建起以全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)时间频率传递为基础,以光纤双向时间频率传递为高精度补充,并融合北斗短报文通信、惯性导航辅助、数字频率驯服等关键技术的远程时间频率溯源体系,实现了从国家基准到行业用户的高精度、可追溯、实时化量值传递。 在这一体系中,GNSS时间频率传递接收机负责获取远程参考时差数据,相位微跃计等高分辨率频率调节装置负责实现本地时钟源的精密控制,驯服算法则根据测得的时间频率偏差持续修正本地时钟频率,使其输出稳定保持与UTC(k)一致。通过这种方式,可以在远端构建与国家时间频率基准保持同步的高精度时间频率源,实现国家时间频率量值的远程复现与实时溯源。本文将围绕该体系的发展脉络与关键技术展开介绍,系统阐述我国远程时间频率溯源技术从基础原理到工程应用的发展历程与最新进展。
一、精准时间从哪来:GNSS与光纤双链路,构建远程时频传递体系
想要驯服时钟源,首先需要获得可靠的参考标准,而这通常依托于全球导航卫星系统的时间传递技术(Global Navigation Satellite System, GNSS)。
GNSS时间频率远程传递的本质,是以卫星为公共媒介,使异地时钟同步观测同一组卫星信号,从而实现两地时钟之间的高精度比对。早期的时频传递多依赖单GPS系统,不仅存在单系统故障的风险,可观测信息有限也制约了精度上限。针对这一痛点,中国计量科学研究院团队率先开展多系统融合技术攻关,并在2011年授权专利《基于多种GNSS系统融合的时间频率传递方案》。此外,中国计量科学研究院团队也对当时刚刚建设起来的北斗卫星导航系统进行研究。2013年,团队发表一篇《European Frequency and Time Forum》会议论文《Preliminary implementation of time and frequency transfer by BDS》,首次系统验证了北斗系统用于时间频率传递的可行性。实验结果表明,北斗码测量与载波相位时间传递性能已经能够达到与GPS相当的水平;进一步将GPS与北斗进行融合后,时间传递链路的噪声水平和鲁棒性得到明显改善。在约40 km基线实验中,融合链路表现出优于单系统的稳定性,不确定度达到5.6 ns量级。这项工作标志着我国在北斗时间频率传递领域完成了从理论研究到工程验证的重要跨越,也为后续多GNSS融合接收机和NIMDO远程溯源装置的发展奠定了基础。

通过这种方式,本地时钟源就能实时“知道”自己和参考端时间的差距,为后续的频率修正提供准确方向。GNSS时频传递为时钟驯服提供了参考标准的途径,是整个高精度驯服系统的前提。
在GNSS时频传递与卫星双向时频传递之外,光纤双向时间频率传递(Two Way Optical fiber Time and Frequency Transfer, TWOTFT)是目前精度更高的新一代远程时频传递技术,适用于短距离(小于1000 km)时频传递。当前GNSS时间频率传递的不确定度一般可达到1~3 ns量级,已能满足通信、电力、轨道交通等绝大多数应用需求。但对于国家时标保持、原子钟比对、高等级计量校准等要求亚纳秒级同步精度的场景,GNSS链路仍受到卫星轨道误差、大气传播时延及多路径效应等因素限制。相比之下,光纤双向时间频率传递利用双向测量抵消公共路径时延误差,可实现数十皮秒至亚纳秒量级的时间传递能力和10⁻¹⁸量级的频率传递稳定度,因此成为当前高精度远程时间频率溯源的重要技术路线。
其原理图如下图所示,TWOTFT调制解调系统A外部接入时间频率源A的频率信号和1PPS信号作为参考,TWOTFT调制解调系统B外部接入时间频率源B的频率信号和1PPS信号作为参考。TWOTFT调制解调系统将载有时间和频率参考信息的测距码调制到中频载波上。中频载波经过E/O转换器,将其转换为光信号,通过光纤传输到远程的站点,然后由远程站点的O/E转换器将其转换为电信号。TWOTFT调制解调系统通过光纤从相对的远程站点接收中频载波,对调制的测距码进行解调,并通过计数卡将接收到的1PPS与参考本地1PPS进行比较。参考端和客户端将时差比对数据存储在本地文件中,并通过网络将其相互传输,从而完成双向时间传递。

二、时间是如何”算”出来的:GNSS时频传递接收机
GNSS时频传递接收机就是完成卫星信号接收、时间数据处理与时差解算的核心设备,承担着将卫星时间信号转化为可用钟差数据的关键任务。作为高精度时频系统的专用接收设备,它区别于普通导航定位接收机,全程围绕时间频率精准测量与解算设计,核心能力集中在信号接收、标准格式文件生成、时差解算三大维度,为时钟驯服提供最基础、最可靠的数据支撑。
- 多系统融合接收机:打破单系统依赖的技术突破
在《基于多种GNSS系统融合的时间频率传递方案》的基础上,中国计量科学研究院团队于2012年授权专利《基于多种GNSS系统融合的时间频率传递方法和接收机》,率先实现了多星座、多测量量的融合解算。
这套接收机采用“多GNSS接收模块+外部时钟源+控制器”的三层架构:多个接收模块并行接入GPS、GLONASS、北斗等不同星座信号,外部时钟源统一为各模块提供频率与时间基准,控制器则将所有接收通道的参考时间同步至本地时频标准源。核心创新在于双重加权融合机制:第一层对粗码(C/A码)、精码(P3码)、载波相位三类测量量分别赋权,融合得到单系统时间和本地参考时间的偏差;第二层再对各GNSS系统的结果进行系统级加权平均,获得单站的本地参考时间与UTC时间之差,经过CGGTTS数据处理最终获得本地单站共视比对数据。权值分配既可以基于历史测量数据的标准差倒数动态计算,也可参考国际计量局时间公报Circular T中公布的C/A码、P3码和载波相位测量方法的不确定度获得每种测量方法的本地参考时间所相应的权值,确保结果权威可靠。
相较于单系统接收机,这套方案带来了两重核心提升:一是系统冗余度大幅增强,任一星座故障都不会中断时频传递,整体可靠性显著提高;二是精度维度全面升级,多源数据的冗余信息,有效削弱单系统的随机误差,基于码测量的传递不确定度可达1.5~3 ns量级。同时接收机还内置网络通信模块,可自动下载远端单站数据,基于共视实现本地与远程站的比对,直接输出时差、频差、时刻稳定度、频率稳定度等数据和指标,自动生成校准报告,省去了人工数据汇总处理的环节。
- 标准化数据采集系统:对接国际规范的软件底座
在具备多系统硬件接收能力的基础上,还需配套标准化的数据处理链路,方能使输出结果与国际时频计量体系实现量值溯源。2013年,中国计量科学研究院团队授权专利《一种基于全球导航卫星系统的时频传递数据采集处理系统》,为接收机搭建了完整的软件数据底座。
这套系统采用”工作线程+窗口线程”的双线程串口架构,稳定接收接收机原始串口数据并完成搜帧解析,支持GPS与GLONASS的导航电文、观测数据四类信息的并行处理。数据输出层面实现了三类标准格式全覆盖:一是自动生成国际通用的与接收机无关的交换格式(Receiver INdependent EXchange format, RINEX)文件与星历文件,兼容事后精密处理;二是生成符合国际计量委员会时间频率咨询委员会(Consultative Committee for Time and Frequency, CCTF)标准的全球卫星导航时间传递标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard, CGGTTS)格式数据,包含C/A码与P3码两套独立的钟差结果,为远程时钟比对和参与相关国际时间比对提供标准化数据基础;三是同步保留JPS二进制原始数据,用于事后回溯与问题排查。系统还内置FTP自动上传模块,可按预设时间节点自动完成数据上报。
在功能体验上,系统配套了三重实时可视化模块:在视卫星星空视图与状态信息、CGGTTS数据实时显示、CA值与P3值(即C/A码与P3码的接收机钟差的估计值)曲线动态展示,让测量状态一目了然;所有参数通过XML配置文件统一管理,灵活适配不同使用场景。这套数据采集系统不仅成为后续各类时频传递装置的通用软件基础,更让国产接收机的输出数据完全适配国际计量界通用规范,为参与国际时间比对扫清了格式障碍。
- TLab-TFS-G1:工程化封装的标准站产品
在上述核心专利技术基础上,北京交通大学时间实验室团队完成了技术的工程化集成,推出TLab-TFS-G1 GNSS时间频率同步标准站。这款1U标准机箱的设备将多系统接收、标准化数据输出、远程管理等能力集于一体,支持GPS、GLONASS、北斗、Galileo多星座400余通道并行跟踪,可生成CGGTTS V2E、RINEX V3.04等国际通用标准格式数据,双站比对链路校准不确定度优于2 ns。


设备支持基于网页的远程访问与管理,用户可实时查看设备运行状态、卫星跟踪信息及测量结果,实现远程配置、监测和维护;同时支持生成多种国际标准格式数据,可满足时间频率的实时传递、事后比对及长期监测需求。根据不同应用场景,设备可选配原子钟或高性能恒温晶振,并配置高精度驯服控制系统。结合GNSS时间传递技术,可将本地时钟持续溯源至UTC(k)等标准时间基准,实现高稳定度、高精度时间频率信号输出。

经过精准解算的时差数据,主机端会实时传输给时钟驯服的控制算法。可以说,没有GNSS时频传递接收机的精准解算,就没有后续高精度的时钟驯服,它是连接卫星时间基准与本地时钟校正的关键桥梁。
三、频率微调装置:相位微跃计,实现高精度频率相位调节
有了精准的时间参考,还需要能实现超细微频率调整的硬件,这就是相位微跃计的核心功能。传统时钟校正依赖压控调频,通过改变电压调整频率,不仅精度低,还容易受环境干扰,校正动作粗糙,难以实现长期稳定。而相位微跃计搭载直接数字频率合成技术(Direct Digital Synthesis, DDS),彻底改变了频率调整的方式,让时钟调频进入数字精细时代。
在整个驯服系统中,GNSS接收机负责测出”偏了多少”,而相位微跃计则负责精确执行”调多少”。两者相互配合,共同完成时钟的高精度闭环控制。相位微跃计的工作逻辑,是将时钟输出的基础频率作为参考频率,通过DDS模块内部的相位累加器与频率控制字,实现频率的微小偏移。DDS的核心优势在于超高分辨率,通过高位数的频率控制字,能把频率调整精度做到微赫兹级别,相当于把1 Hz的频率差切分成上百万份,哪怕是极其微弱的频率漂移,都能精准修正。这种全数字调节方式,减少了模拟电路的不稳定性,可降低模拟调节链路对电压和温度波动的敏感性,使调节过程更平滑。此外,还可与时钟源高度集成,形成一体化装置,大幅简化系统结构。
简单来说,相位微跃计就像给时钟装上了一个极致精细的数字旋钮,每一次调整都精准可控,为高精度驯服提供了硬件支撑,解决了传统压控方式无法兼顾精度与成本的痛点。
下图为北京交通大学时间实验室团队自主研发的TLab-PS0相位微跃计。通过提供10MHz参考信号,TLab-PS0可输出可调节的频率信号以及相位信号,其中相位调节分辨率可达6.1 ps,频率调节分辨率可达5.7×10-14,可满足高精度时间频率驯服及校准应用需求。


四、多维度技术延伸:适配更多场景的创新突破
- 国家溯源核心装备:NIMDO设计研发
在GNSS时频传递技术成熟应用的基础上,为破解我国地方无合规时间标准、法定时间量值溯源难的行业痛点,中国计量科学研究院启动了远程时间溯源技术的专项研究,填补了国内时间频率计量体系的空白。
2010年,中国计量科学研究院首次提出实时驯服至UTC(k)的振荡器(NIMDO)设计理念,开启了国产远程时间溯源装置的研发之路;随后基于自主研制的GNSS时间频率传递模组,完成UTC时间频率源原理样机开发,实现了GNSS全/共视比对与精密驯服算法的集成,其装置图如下图所示。

在2010年至2012年间,中国计量科学研究院完成了UTC(k)在昌平新院区的重建工程,并于2012年正式完成国家时标切换。新的UTC(k)由6台氢钟和7台铯钟组成钟组系统,以高稳定度氢钟作为主参考,通过相位微跃计和自主研发的时标算法持续生成和保持。系统同时融合GNSS时间频率传递和卫星双向时间频率传递数据参与国际时间比对,实现与UTC的长期同步。根据国际计量局(BUREAU INTERNATIONAL POIDS ET MESURES, BIPM)发布的Circular T结果,重建后的UTC(k)与UTC的最大偏差控制在±10 ns以内,5天频率稳定度达到2.2×10⁻¹⁵量级,为我国时间频率量值统一和国际时间比对提供了坚实基础,并以此发表一篇《European Frequency and Time Forum》会议论文《Reconstruction of UTC(NIM)》。

UTC(k)与其他七个实验室对比效果
2016年,团队正式提出完整的实时驯服高精密时间频率源方案并授权专利《一种实时驯服到时间频率标准的高精密时间频率源》,标志着NIMDO技术从概念走向工程落地。随后,UTC时间频率源进入试点验证阶段,在黑龙江、新疆、贵州省级计量机构落地安装,首次构建省级时间频率标准,经过数年长期运行验证,装置与UTC(k)的时间偏差在90%以上情况偏差小于5 ns,98%以上的情况小于10 ns,99.85%以上的情况小于20 ns,实现了与原子时标国家计量基准UTC(k)的实时溯源并同步的时间频率标准,基本可以满足区域各类时间频率量值的溯源需求。并基于以上成果于《计量科学与技术》期刊发表《远程时间传递与溯源方法、装置及体系》与《International Journal of Electrical Engineering》期刊《REPLICATING UTC(NIM) REMOTELY FOR TIME AND FREQUENCY TRACEABILITY》。
此外,UTC时间频率源完成多种类型时钟源测试,从铷钟版本至铯钟、氢钟版本,稳定度与适配性大幅提升;同期正式形成国家远程时间溯源示范体系,在贵州和青岛分别成立了国家时间频率计量中心应用中心,上海计量实验室也将UTC时间频率源作为核心溯源手段。
如今,UTC时间频率源覆盖通信、电力、航天、高铁、5G等关键领域,解决了远程端无法合规、精准溯源至国家时频基准的难题,为时钟驯服技术提供了合法、权威、精准的国家时间基准支撑。
- 光纤双向时频传递:实现更高精度的远程比对与驯服
尽管GNSS能够满足绝大多数远程时间频率传递需求,但对于国家实验室之间的超高精度时间比对,其精度仍受到卫星传播环境限制。因此,中国计量科学研究院进一步开展光纤双向时间频率传递技术研究。
中国计量科学研究院团队于2020年授权的发明专利《基于光纤时间传递的高精密时间频率源》,奠定了光纤驯服的系统架构,依托光纤物理链路实现更高精度的远程比对与驯服。整套系统由三部分组成:光纤通信模块负责光电信号转换与双向传输、本地时间频率源作为被控对象、驯服控制系统根据双向比对结果实时调整本地钟源。其核心原理是双向传输抵消对称误差:参考端与客户端同时向对方发送载有时频信息的调制光信号,各自接收后测量到达时延,通过双向数据做差抵消光纤链路公共路径延时,再扣除发射通道、接收通道、设备内部等非对称延时校准量,最终得到两端时频源的真实偏差。
在光纤传递技术基础上,中国计量科学研究院团队进一步完成了光纤链路实时驯服的完整实验验证,并发表《基于光纤双向时间传递实时驯服铷钟的远程时间溯源》。为了验证光纤实时驯服技术的实际性能,团队开展了商用光纤链路实验。实验依托中国计量科学研究院昌平院区与和平里院区之间的55公里商用光纤链路开展,参考端以国家时标UTC(k)为源,客户端对铷原子钟进行准实时驯服,分别设置了16分钟、5分钟、1分钟三种驯服间隔进行对比测试。
实验结果充分验证了光纤链路的精度优势:1分钟驯服间隔的效果最优,98.67%的时差绝对值控制在0.5 ns以内;时间稳定度达到2.5×10-11 s·d-1,频率稳定度达到5×10-16·d-1,整体性能相比GNSS链路提升了近两个数量级。通过光纤链路驯服的铷钟,远程溯源精度可以进入亚纳秒级,完全满足高等级计量校准、精密物理实验等场景的严苛需求。

16 min TWOTFT远程时间溯源时差图

5 min TWOTFT远程时间溯源时差图

1 min TWOTFT远程时间溯源时差图

时间稳定度(左图)与频率稳定度(右图)
这套光纤时频传递与驯服技术,为GNSS卫星链路之外提供了一条精度更高的备选路径,特别适合有光纤基础设施覆盖、对溯源精度有极致要求的应用场景,与GNSS方案形成了“广域覆盖+局域高精度”的互补格局。
- 北斗短报文:地面通信之外的备份链路
针对野外、海岛、边境、应急救援等公网覆盖不足或完全不可达的应用场景,中国计量科学研究院团队于2022年提出了基于北斗短报文通信的NIMDO方案,并发表《基于北斗短报文通信的NIMDO时间频率源方案设计与实现》。该方案利用北斗短报文的广域通信能力,将参考端的时频数据压缩封装后通过卫星链路传输,替代传统互联网或专用通信链路。

基于北斗短报文的NIMDO方案实验原理图
团队设计了专用的短报文数据格式,单包可承载32颗GPS/北斗卫星的时频传递核心数据;配套开发了格式转换软件,实现CGGTTS数据与短报文格式的双向转换。实验验证显示,短报文链路丢包率仅2.47%,短基线(小于1000 km)下时间比对偏差控制在±4 ns以内,溯源不确定度为3.6 ns,完全可以作为地面通信的可靠备份,为无公网场景的时频溯源提供了新路径。

北斗短报文传输数据实验时差结果
- 惯性传感器辅助:移动载体动态场景的精准时间传递
传统GNSS时频传递均基于静止站点设计——解算钟差需要提前获取站点的精密坐标,而对于高铁列车、无人驾驶、机舰集群、车路协同等多移动载体场景,载体坐标实时动态变化,难以获得与静态场景同等精度的位置信息,直接给时差解算引入额外误差;同时移动载体频繁进出隧道、楼宇遮挡区,GNSS信号容易中断,常规方案无法保障连续工作。
针对这一动态场景痛点,北京交通大学时间实验室团队于2023年获专利授权《一种基于惯性传感器辅助的GNSS的移动载体精准时间传递方法》,将GNSS时频传递与惯性导航组合,实现了移动状态下的高精度时间同步。

基于惯性传感器辅助的GNSS的移动载体精准时间传递实验原理图
方案的核心思路是“GNSS+惯导组合数据融合”:在移动载体上同时部署GNSS时频传递装置与多惯性传感器,由惯性传感器实时采集转向角度、运动速度信息,通过航位推算法推算载体当前坐标与伪距变化,再将推算值与GNSS伪距观测方程联合解算,最终得到移动载体与GNSS系统时的钟差。两端移动载体各自解算后做差,即可完成动态场景下的双向时间传递。
这项技术的另一大亮点是断星续传能力:当移动载体进入隧道、地下等GNSS信号丢失区域时,系统自动以信号丢失前最后一刻为初始时刻,惯性传感器可用于外推载体的位置和运动状态,为钟差预测和信号恢复提供辅助,从而提高系统的短时连续性。这一特性可适配高铁隧道穿行、城市峡谷行驶等复杂场景,为动态环境下的时频同步提供了全新解决方案。
- DDS频率微跃:用晶振实现接近铷钟的性能
传统晶振驯服多采用模拟压控方式,调频精度难以兼顾成本与性能。针对这一痛点,北京交通大学时间实验室团队于2024年提出了基于DDS频率微跃的恒温晶振驯服方案,并于2026年发表EI期刊《基于DDS频率微跃的晶振精密驯服方法研究》,用数字调频替代传统模拟压控。
方案通过使用TLab-PS0相位微跃计,最终驯服效果99%以上的时间与参考源的偏差保持在±25 ns以内,长期频率稳定度可以达到1.09×10-13@1 d,长期时间稳定度可以达9.46×10-10 s@1 d。



与常用GPS锁定铷原子钟性能进行横向对比——从频率稳定度曲线来看,短期虽略逊于铷钟,但长期稳定度已经与GPS锁定铷钟处于同一量级。这意味着,用成本远低于铷钟的恒温晶振,配合DDS数字驯服技术,就能实现接近铷钟的长期频率稳定度。

这项技术的落地价值十分显著:恒温晶振本身具备体积小、成本低、功耗低的天然优势,以往受限于调频精度只能用于中低端场景;DDS频率微跃驯服方案补上了精度短板,让晶振方案也能满足纳秒级时间同步的应用需求,大幅降低了高精度时频溯源的部署门槛,这使得高精度时间频率服务不再局限于高成本原子钟方案,为通信、电力、工业互联网、轨道交通等需要大规模部署的行业提供了更具经济性的解决方案。
五、UTC时间频率源研究意义:构建多层次远程时频溯源体系,构建扁平化溯源网络
经过十余年的持续攻关,我国远程时间频率溯源技术已经从单一GNSS时间传递,逐步发展为融合卫星、光纤、北斗短报文、惯性导航及数字驯服等多项关键技术的完整体系,实现了从国家时间基准到行业用户的全链路支撑。从基础算法到核心硬件,从卫星链路到光纤通道,从静止站点到移动载体,我国远程时间频率溯源驯服技术已经形成了“多链路覆盖、多场景适配、多钟型兼容”的完整技术体系,实现了时频传递全链路的自主可控。在信号接收端,从2011年的多系统融合接收机专利起步,团队率先打破单GPS依赖,实现GPS、北斗、GLONASS、Galileo全星座兼容,码测量传递不确定度达到1.5~3 ns;配套标准化数据采集系统,自动输出RINEX、CGGTTS等国际通用格式,打通了与国际计量体系的对接通道;最终工程化落地为TLab-TFS-G1标准站产品,完成了从实验室技术到商用设备的完整转化。在频率调节端,自研相位微跃计搭载48位DDS模块,实现超高调频分辨率,用全数字调频彻底替代传统模拟压控,配合优化的PID驯服算法,让普通恒温晶振的长期稳定度提升近4个数量级,99%以上时间偏差控制在±25 ns以内,用晶振成本达到了接近铷钟的性能水平。
针对不同应用场景的差异化需求,该技术体系演化出了多条互补路线,实现了从广域到局域、从静态到动态的全场景覆盖。广域覆盖层面,以GNSS共视法为基础的NIMDO远程溯源装置,依托卫星信号实现全国范围覆盖,铷钟版本90%以上偏差优于5 ns,目前已在贵州、新疆、黑龙江等14个站点落地,构建我国远程时频溯源网络;高精度局域层面,光纤双向时间传递路线在55公里商用链路上驯服铷钟可达亚纳秒级精度,98.67%时差控制在0.5 ns以内,频率稳定度进入10-16量级,相比GNSS链路提升近两个数量级,充分满足高等级计量场景的严苛需求;极端环境层面,北斗短报文通信方案解决了无公网地区的数据回传难题,短基线下溯源偏差优于±4 ns,为野外、偏远站点提供了可靠的通信备份;动态场景层面,惯性传感器辅助方案突破了传统静止站点的限制,支持高铁、无人驾驶等移动载体的动态时频传递,配合航位推算实现断星续传,填补了移动场景高精度时间同步的技术空白。
从体系价值来看,NIMDO远程溯源装置最核心的贡献在于重构了时间频率量值的溯源模式。传统时频溯源依赖多层级逐级传递,链路长、误差累积大,偏远地区与基层机构难以触达国家级基准;而远程驯服技术通过卫星或光纤链路,将UTC(k)的时间频率量值传递至用户端,使用户端本地时间频率输出在给定不确定度范围内溯源并同步至UTC(k),规避了传统链路中多级传递环节的累积误差,构建起扁平化的溯源网络,既简化流程、降低成本,又从根本上减少了多级传递的误差累积。
时间是无形的,却支撑着整个现代世界的运转。未来,随着这项技术的不断完善与普及,我们将迎来更精准、更稳定、更高效的数字时代,让每一秒都精准可控,让每一项科技应用都拥有坚实的时间基石。
六、成果汇总
[1]L. Kun, Z. Aimin, P. Chao, Z. Fei and J. Zhaofeng, “Preliminary implementation of time and frequency transfer by BDS,” 2013 Joint European Frequency and Time Forum & International Frequency Control Symposium (EFTF/IFC), Prague, Czech Republic, 2013, pp. 517-520, doi: 10.1109/EFTF-IFC.2013.6702199.
[2]A. Zhang, Yuan Gao, Kun Liang, et al., “Reconstruction of UTC (NIM),” 2013 Joint European Frequency and Time Forum & International Frequency Control Symposium (EFTF/IFC), Prague, Czech Republic, 2013, pp. 654-657, doi: 10.1109/EFTF-IFC.2013.6702192.
[3]LIANG K, CHEN Q Y, HAN K, YANG Z Q, ZHANG A M, DING C, WANG J. REPLICATING UTC(NIM) REMOTELY FOR TIME AND FREQUENCY TRACEABILITY[J].International Journal of Electrical Engineering,2019,26(4):147-155.
[4]梁坤,方维,顾杨义,等.远程时间传递与溯源方法、装置及体系[J].计量科学与技术,2021,65(4):3-13.
[5]梁坤,郝爽雨.NIMDO远程时间溯源装置——构建精准时间溯源传递体系[J].科技纵览,2019(7):78-79.
[6]顾杨义,陈亮,梁坤,杨志强.基于北斗短报文通信的UTC时间频率源方案设计与实现[J].计量学报,2022,43 (5): 662-666.
[7]方维,金尚忠,陈德好,梁坤.基于光纤双向时间传递实时驯服铷钟的远程时间溯源[J].计量学报,2022,43(4):542-546.
[8]郝伊康,梁坤,余沺,等.基于DDS频率微跃的晶振精密驯服方法研究[J].系统工程与电子技术,2026,48(5):1706-1714.
[9]中国计量科学研究院.基于多种GNSS系统融合的时间频率传递方法和接收机:CN201010278701.3[P]. 2011-04-06.
[10]中国计量科学研究院.一种基于全球导航卫星系统的时频传递数据采集处理系统:CN201210006481.8[P]. 2013-09-11.
[11]中国计量科学研究院.一种实时驯服到时间频率标准的高精密时间频率源:CN201310071676.5[P]. 2016-12-28.
[12]中国计量科学研究院.基于光纤时间传递的高精密时间频率源:CN201610974461.8[P]. 2020-03-24.
[13]北京交通大学.一种基于惯性传感器辅助的GNSS的移动载体精准时间传递方法:CN202310505719.X[P]. 2023-08-04.
