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中国计量院为全球多家实验室校准时间传递链路 带动世界标准时间传递更精准
发表时间:2020-02-23     阅读次数:     字体:【

中国计量院为全球多家实验室校准时间传递链路 带动世界标准时间传递更精准

日前,国际计量局(BIPM)发布《月际时间公报(CIRCULAR T)》,包括新加坡、蒙古、中国香港等国家和地区的6家国际原子时(TAI)合作参加实验室保持的地方协调时的时间链路校准结果被其认可并发布。其校准均由中国计量科学研究院(NIM,以下简称“中国计量院”)实施,不确定度由最大20纳秒(ns)降至约2.5 纳秒(ns)水平。作为全球9个可实施这类校准且被BIPM认可的实验室之一,此次中国计量院对多家国内外实验室的校准同时带动提升了我国各地方协调时整体水平。

协调世界时:国际标准时间
协调世界时(UTC)是国际通用的标准时间,由国际计量局主导,将60多个国家(地区)的80多个守时实验室合作建立的国际原子时(TAI)进行闰秒操作后产生。各国参与TAI合作的实验室均需要通过GPS或卫星双向时间传递链路将各自保持的地方协调时相关数据传送至国际计量局(BIPM)。BIPM结合被其认可的、来自包括中国唯一的NIM5激光冷却-铯原子喷泉钟在内的10个国家的10多台“世界最准”的“基准钟”数据计算UTC,结果通过时间公报(Circular T)发布,并反馈各守时实验室。全球科学家们的一系列努力,最终产生我们日常所使用的标准时间。

我国时间溯源的源头——国家时间频率计量基准
我国时间频率计量体系的源头保存在中国计量科学研究院国家时间频率计量中心,即国家时间频率计量基准,包括秒长国家计量基准和原子时标国家计量基准,是统一全国时间频率量值的最高依据。其中秒长国家计量基准是中国计量院研制的NIM5激光冷却-铯原子喷泉钟,3000万年不差一秒;原子时标国家计量基准是UTC(NIM),与UTC偏差在±5 ns内,标准合成不确定度优于2 ns。最终产生和保持高度准确和稳定的国家统一使用的标准时间——北京时间。

协调世界时的时间传递链路校准
据中国计量院时间频率所研究员梁坤介绍,所有UTC时间链路在传递时间信号时都会产生时间时延,给各国的守时实验室溯源到UTC的实际准确性带来不同程度的影响。“在需要精密测量的领域,几十纳秒量级的时间偏差,所产生的影响是非常严重的。”梁坤说,“因此必须准确测出时间信号在传递链路中的时延,并进行补偿——也就是对链路进行校准。”
为解决全球UTC时间传递链路的校准问题,2012年,国际计量局制定了《全球TAI参加实验室时间传递链路校准框架》。该框架,按相关时间传递链路校准技术能力将各国参加TAI合作的实验室分为G1、G2两类,G1实验室可为G2实验室提供校准。中国计量院守时实验室是我国大陆地区唯一、全球9家一类(G1)实验室之一。我国大陆地区另有中科院国家授时中心和北京无线电计量测试技术研究所两家G2实验室。

时间传递中的中国贡献
梁坤介绍说,中国计量院从2009年开始研究GPS时间传递链路校准技术,2014年自主研制了基于NIM-TF-GNSS-2可移动时间传递链路校准系统。由该系统可实现精密时间传递链路校准,不确定度可达1.5纳秒,即到小数点后9位,是目前参加国际原子时合作机构与UTC的GNSS时间传递链路的最优校准不确定度。中国计量院先后为新加坡国家计量中心、蒙古国标准和计量局、香港标准校准实验室、香港天文台、中国科学院国家授时中心、北京卫星导航中心等境内外多家相关机构实施了时间传递链路校准,合成标准不确定度均达到2 ns~ 3 ns水平。
2016年成功主导了与亚太地区另外2家G1实验室的链路校准方法国际比对和实验展示。编制的基于自主研制的可移动时间传递链路校准系统的时间传递链路校准指南,已被亚太计量规划组织时间频率技术委员会认可作为时间链路校准操作规范。通过国际研讨会对多个发展中国家计量院的学员进行相关培训。
据了解,中国计量院在GNSS时间传递及其链路校准和相关装置研发方面有着深厚的积淀和丰富的经验。在国内,中国计量院已为我国航天、通信、电力、计量、科学研究等多个行业的数十家单位提供了多频次的时间传递链路和传递装置校准服务,地域覆盖我国多地,为提升我国守时实验室整体水平、提高我国时间频率高端用户授时、用时能力做出了重要贡献。

END

供稿:中国计量院 文/刘旭红、陈杭杭



 
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