項目背景

授時、定位、導航是以北斗衛星為核心建立的 PNT 服務的三大要素，在國民經濟、國家安全和科學研究諸多領域發揮廣泛的支撐作用，是國家重要的基礎設施。目前，時間比其他物理量要高出至少四個數量級，是當今測量準確度最高、應用最廣泛、唯一實現全球高精度傳遞的基本物理量。

西方國家在高精尖技術領域對我們實行封鎖和禁運，2019 年 8 月，美國國防部發布了其公開版《國防部定位、導航與授時體系戰略》報告。報告明確了以授時為核心的定位、導航與授時體系建設。近年來國內外花費大量的財力和人力所建立的不同的衛星導航定位系統的基礎工作，其中最關鍵的設備---精密時頻設備（原子鐘）遠程實時在線計量、測試和校準工作的必要性也日漸展現出來。

目前國內外技術仍存在一些問題：時頻系統之間的高精度時間同步特別是納秒量級、亞納秒量級時間同步一直無法解決，一定程度上制約了時頻系統的建設和發展，也會給用戶造成很大的困惑。原子頻率標準的頻率校準與計量，特別是在線校準與計量一直無法解決。

我國有若干個時頻實驗室和若干個時間統一系統，按照規定，每間隔一定的周期，需要對這些系統的時間同步能力和守時能力進行計量、校準和評估，因此，急需建立一種遠程計量校準平臺對時頻系統時間同步、守時能力進行計量、校準和評估。

本項目基于 NTSC 現有硬件和軟件資源，開展基于衛星共視/衛星雙向的時頻設備遠程在線計量、測試和校準方法研究，解決各衛星測控基地、雷達站、各武器試驗靶場及海軍長河二號系統守時實驗室等全軍武器裝備建設中的精密時頻設備（原子鐘）的遠程實時在線計量、測試和校準困難的問題，為軍用時頻體系建設中高精度時頻系統計量校準研究做鋪墊。

（二）項目簡介

本項目要對時間頻率進行測量，根據時間頻率量值傳遞基本方法，可采用直接與已知的標準信號進行比較和通過接收機接收參考標準信號然后比較兩種方法。要實現時間頻率的計量校準，根據相關國軍標規定，在對頻率穩定度進行測量時，標準頻率源的頻率穩定度應優于待測頻率源頻率穩定度的 3 倍，對頻率準確度、頻率漂移率等其它指標進行測量時，標準頻率源的相應指標應優于待測頻率源一個數量級。

據此要求，我們擬研制基于衛星共視的遠程時頻計量校準平臺，共視主站外接國家授時中心鐘房主鐘信號，共視副站外接一臺銣原子鐘，根據時間頻率量值傳遞要求，通過共視接收系統接收 BDS/GPS 衛星信號，一方面通過 BDS/GPS 共視比對實現對時頻設備的校準。另一方面可利用共視比對數據對副站的銣原子鐘進行馴服，使其通過 BDS/GPS 共視比對同步到UTC(NTSC)，作為待測時頻系統遠程在線計量校準可靠的參考頻率源。

時頻系統實時在線計量和校準示意圖如圖 1 所示，時間頻率基準采用中國科學院國家授時中心保持的標準時間和標準頻率，在國家授時中心放置衛星共視設備和衛星雙向設備，在主要節點的時頻系統放置衛星雙向設備，在次要節點的時頻系統放置衛星共視設備，使各個時頻系統與國家授時中心之間建立遠程的高精度時間比對，然后根據鐘差比對結果完成時頻系統的遠程實時在線計量和校準功能。

圖 1 時頻系統實時在線計量和校準示意圖

時頻系統實時在線計量和校準裝置包括 GNSS 接收機模塊、衛星雙向傳遞終端設備、衛星共視比對數據處理軟件、衛星雙向遠程比對數據處理軟件及遠程在線計量和校準軟件，接收機天線等模塊組成。

時間頻率源遠程校準采用共視比對法，原理如圖 2 所示。主要指標包括頻率準確度和頻率穩定度、頻率漂移率。

圖 2 共視比對法原理框圖

本項目中遠程用戶時頻系統本地時間向 UTC（NTSC）（或 UTC（CMTC））的溯源采用 BDS/GPS 共視時間比對與傳遞方法實現。衛星共視比對數據處理軟件最后將 GNSS 衛星的星歷數據、電文信息、相位測量值、GNSS 共視數據及共視比對結果以文字、圖形顯示。

我們利用已有條件搭建了如圖 3 所示的衛星雙向高精度時間比對與傳遞平臺的調制解調器部分，并進行了 100 米電纜自環試驗，得到了初步結果。

圖 3 衛星雙向高精度時間比對與傳遞平臺的調制解調器

（三）關鍵技術

本項目涉及到的關鍵技術包括以下七個方面：

1.時頻系統的溯源方法

2.單點對多點的遠程實時在線計量技術

3.單點對多點實時在線計量和校準的 C/S 結構設計

4.自適應同步校準馴服算法

5.多線程技術研究

6.時頻系統實時在線計量和校準系統

7.基于 UTC（NTSC）遠程時頻校準方法