軍民融合建設(shè)中國(guó)時(shí)間頻率體系

　　□ 中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 李天初

　　日出而作，日落而息。人類最早對(duì)時(shí)間的認(rèn)識(shí)始于對(duì)地球轉(zhuǎn)動(dòng)的天文觀測(cè)，稱為天文時(shí)和天文秒。到20世紀(jì)初，科學(xué)發(fā)展表明物理現(xiàn)象的時(shí)間穩(wěn)定性大大好于天文現(xiàn)象。1967年，國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定用原子秒和原子時(shí)取代天文秒和天文時(shí)。現(xiàn)行時(shí)間單位秒的定義是銫原子里邊電子在一對(duì)指定能級(jí)之間躍遷時(shí)間的9192631770倍。從此，時(shí)間測(cè)量不再是觀星星看太陽(yáng)，而用原子鐘計(jì)時(shí)了。

　　一、“十二五”質(zhì)檢（計(jì)量）水平明顯提升

　　現(xiàn)代國(guó)家的時(shí)間頻率體系由4部分組成，分別是秒長(zhǎng)基準(zhǔn)-時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)-授時(shí)系統(tǒng)-時(shí)頻應(yīng)用。

　　經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，中國(guó)在民用和軍方相關(guān)單位已經(jīng)具備了世界水平的時(shí)間頻率資源。

　　在秒長(zhǎng)基準(zhǔn)部分，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)計(jì)量院）國(guó)家時(shí)間頻率中心、中科院上海光機(jī)所和中科院國(guó)家授時(shí)中心分別成功或正在研制噴泉基準(zhǔn)鐘，由于復(fù)現(xiàn)秒定義，其中中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研制的NIM5激光冷卻-銫噴泉基準(zhǔn)鐘于2010年通過(guò)技術(shù)鑒定，2014年被質(zhì)檢總局發(fā)文批準(zhǔn)為國(guó)家秒長(zhǎng)基準(zhǔn)裝置，2015年通過(guò)了國(guó)際基準(zhǔn)頻率工作組（WG PSSF）評(píng)審，獲準(zhǔn)與其他8國(guó)的噴泉鐘一起駕馭國(guó)際原子時(shí)。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)國(guó)際修改秒定義，中國(guó)有9家單位在研制15臺(tái)光鐘。其中中科院武漢物數(shù)所的鈣離子光鐘和中國(guó)計(jì)量院的鍶原子光鐘分別于2012年和2015年通過(guò)技術(shù)鑒定，并通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)頻率工作組（WG SF）認(rèn)定，其絕對(duì)頻率參加國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦頻率的計(jì)算。

　　在時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)部分，中國(guó)現(xiàn)有4家守時(shí)實(shí)驗(yàn)室，即位于北京的中國(guó)計(jì)量院、北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心、中國(guó)航天203所和位于西安的中科院國(guó)家授時(shí)中心。4家守時(shí)實(shí)驗(yàn)室分表利用商品原子鐘組守時(shí)，獨(dú)立守時(shí)不確定度在5e^-13量級(jí)。除衛(wèi)星導(dǎo)航中心，其余3家都通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，參加國(guó)際原子時(shí)合作，經(jīng)國(guó)際合作返回的協(xié)調(diào)世界時(shí)駕馭后，時(shí)標(biāo)不確定度可以改進(jìn)大約100倍，達(dá)到5e^-15。在和國(guó)際失去聯(lián)系的非常時(shí)期，中國(guó)計(jì)量院將利用自研的銫噴泉鐘直接駕馭原子時(shí)，保持時(shí)標(biāo)以5e^-15的不確定度獨(dú)立運(yùn)行。4家中國(guó)時(shí)標(biāo)的共同問(wèn)題是守時(shí)鐘依賴進(jìn)口。

　　中國(guó)授時(shí)系統(tǒng)的主渠道是北斗系統(tǒng)（BDS），還利用軍隊(duì)和國(guó)家授時(shí)中心的無(wú)線電導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)，以及守時(shí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的其他手段（如電話，網(wǎng)絡(luò)等）授時(shí)。近5年，多家科研單位和高校發(fā)展了伺服光纖鏈路高保真?zhèn)鬏敃r(shí)間頻率。其中中國(guó)計(jì)量院2014年建設(shè)的連接計(jì)量院-北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心的光纖鏈路已經(jīng)連續(xù)工作了一年半，向后者提供時(shí)間頻率基準(zhǔn)信號(hào)。國(guó)內(nèi)相關(guān)單位也正在規(guī)劃基于蜂窩光纖互聯(lián)網(wǎng)授時(shí)，作為北斗授時(shí)的備份補(bǔ)充。

　　最后，時(shí)間頻率應(yīng)用的大部分應(yīng)屬于市場(chǎng)行為。但國(guó)外仍然將國(guó)防安全、通訊、電力、交通、金融等關(guān)系國(guó)計(jì)民生行業(yè)的關(guān)鍵部門以立法方式納入國(guó)家法制計(jì)量范圍，由相關(guān)歸口部門強(qiáng)制管理。

　　二、“十三五”強(qiáng)化計(jì)量基礎(chǔ)，確立國(guó)家戰(zhàn)略資源地位

　　1.法規(guī)引領(lǐng)、資源整合、軍民融合

　　國(guó)家時(shí)間頻率體系不是獨(dú)立存在的，它是國(guó)家計(jì)量體系的有機(jī)組成部分，其建設(shè)與運(yùn)行受到國(guó)家和軍隊(duì)計(jì)量法律法規(guī)的約束。

　　如上所述，我國(guó)已經(jīng)具備了基本滿足國(guó)家和國(guó)防重大需求的時(shí)間頻率資源。現(xiàn)在面對(duì)的問(wèn)題是這些資源分屬不同的部門，在現(xiàn)行體系下，這些投入大量資金、人力、物力的已有資源不能合理利用，反而各自為政、重復(fù)建設(shè)，甚至相互掣肘。

　　世界發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)的美、俄兩國(guó)，都通過(guò)立法和行政管理建立軍民協(xié)調(diào)的時(shí)間頻率體系。美國(guó)國(guó)家計(jì)量院（NIST）負(fù)責(zé)國(guó)家時(shí)間頻率基準(zhǔn)和美國(guó)時(shí)標(biāo)，美軍海軍天文臺(tái)（USNO）保持GPS地面時(shí)標(biāo)，二者分工合作，保證了美國(guó)軍民時(shí)間頻率準(zhǔn)確統(tǒng)一。俄羅斯憲法規(guī)定：俄羅斯司法權(quán)包括測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、米制及計(jì)時(shí)……俄羅斯國(guó)家時(shí)間頻率服務(wù)及地球定位參數(shù)確定條例規(guī)定：國(guó)家時(shí)間頻率服務(wù)組織負(fù)責(zé)建立與保持俄羅斯國(guó)家時(shí)標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)頻率。

　　軍民融合共建中國(guó)時(shí)間頻率體系的關(guān)鍵是建立權(quán)威有效的軍民統(tǒng)一管理機(jī)制，在“一個(gè)體系、內(nèi)外有別，統(tǒng)籌規(guī)劃、揚(yáng)優(yōu)補(bǔ)短、合作共贏”原則下，整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建獨(dú)立準(zhǔn)確、開放統(tǒng)一的國(guó)家時(shí)間頻率體系，平時(shí)滿足中國(guó)科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防安全和人民福祉的需要；在非常時(shí)期保持獨(dú)立準(zhǔn)確運(yùn)行，完成國(guó)家交給的使命。

　　2.突破一批基礎(chǔ)前沿，為全面提升國(guó)家質(zhì)量總體水平服務(wù)

　　——整合守時(shí)資源，建設(shè)中國(guó)原子時(shí)標(biāo)UTC（CN），在國(guó)內(nèi)用一個(gè)時(shí)間為軍民服務(wù)，在國(guó)際用一個(gè)聲音彰顯中國(guó)的地位。

　　——研制不確定度進(jìn)入5e-16國(guó)際領(lǐng)先水平的銫噴泉國(guó)家秒長(zhǎng)基準(zhǔn)，保持常規(guī)穩(wěn)定參與駕馭國(guó)際原子時(shí)。研制不確定度進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平的光鐘，實(shí)現(xiàn)光鐘絕對(duì)頻率向國(guó)際原子時(shí)合作報(bào)數(shù)，為未來(lái)國(guó)際修改秒定義做出中國(guó)貢獻(xiàn)。

　　——建設(shè)噴泉鐘緊鎖原子時(shí)的國(guó)際第一流的國(guó)家時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)，支持中國(guó)北斗升級(jí)，為國(guó)家重大需求服務(wù)。

　　建設(shè)北斗授時(shí)系統(tǒng)和時(shí)間頻率應(yīng)用的計(jì)量溯源支持，建設(shè)國(guó)家PNT系統(tǒng)的時(shí)間溯源，為國(guó)家時(shí)間頻率法制檢定提供計(jì)量支持，為建設(shè)具有中國(guó)特色的國(guó)家質(zhì)量體系服務(wù)。《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》

時(shí)間頻率準(zhǔn)了，各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試也準(zhǔn)了