中国科学院国家授时中心：原子钟的现代时间产生与守时技术- 大数跨境

科学出版社

2022-11-30

导读：守时是时间服务的基础和核心。

时间是现代科学技术发展和进步必不可少的基础参数，在人类活动、科学技术、国防与国民经济建设的各个领域都有应用。无论何种时间服务或应用，都依赖于高精度的守时，即标准时间的产生与保持。随着科学技术的发展，守时经历了从天文时到原子时的过渡和发展，守时实现的准确度和精度也越来越高。我国系统性的原子守时工作开始于 20 世纪 70 年代的长、短波授时系统建设，几十年来，守时系统为我国长波、短波等各类授时系统提供了连续且稳定的标准时间频率信号，为我国的科学实验、国防科技事业提供了重要支撑。

▲科学时间涵盖的内容

▲守时、授时与定时（李孝辉，2015）

为了总结我国守时系统运行和发展的经验，进一步促进守时工作的发展，特撰写《现代守时技术》一书，供从事守时工作及其相关专业的科技人员和研究生阅读参考，希望能为对守时工作感兴趣的人员提供有用信息。

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守时是时间服务的基础和核心。本书主要介绍标准时间产生及保持（守时）的相关内容，对守时的基本概念、原子钟噪声分析、时间尺度算法、全球卫星导航系统时间等均进行了较详细论述，并结合实例力图使读者对现代守时过程有全面的了解。

全书共六章，第 1 章为绪论，介绍时间及守时的基本概念、守时发展历程，以及守时方法和技术的发展和演变；第 2 章为现代守时基础，介绍守时型原子钟特性和时间尺度计算的基本方法；第 3 章为现代守时系统，介绍现代时间基准系统的构建和原子时的产生；第 4 章为高精度时间产生，介绍时间基准系统物理信号的产生和精密控制方法；第 5 章为守时条件控制，介绍现代守时辅助系统，如供电和环境控制系统的要求；第 6 章为全球卫星导航系统时间，介绍全球卫星导航系统时间系统的组成。本书的特点是紧密联系守时工作实际，具有较强的实用性。

▲守时的基本原理

▲北京时间的产生过程

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内容简介

本书介绍基于原子钟的现代时间产生与保持（守时）技术。全书共六章，主要内容包括守时的基本概念、现代守时和授时技术、原子钟噪声理论、时间尺度算法、时间频率传递技术、地方原子时尺度的产生、时频信号产生、综合原子时、守时条件控制、全球卫星导航系统时间等。本书行文力求规范、准确，参考国际原子时建立的通行要求和守时工作实践，突出实际应用。

本书可供标准时间产生与保持、时间频率测量、时间信号授时发播、导航、通信等领域的科技人员参考，也可供天体测量与天体力学、测试计量技术及仪器、电子科学与技术等学科的研究生参考阅读。

目录速览

前言

第1章　绪论　1　
1.1　时间的基本概念　1　
1.2　守时的基本概念　4　
1.3时间测量方法的发展　8　
1.4　时间测量的数学基础　11　
1.5　世界时　16　
1.6　原子时和协调世界时　20　
1.7　现代守时和授时技术　25　
1.8　原子时间尺度产生与保持　28　
1.9　我国的时间服务工作　31　
参考文献　35　
第2章　现代守时基础　37　
2.1　原子钟噪声模型　37　
2.1.1　原子钟输出信号的表示　37　
2.1.2　幂律谱噪声模型　38　
2.1.3　阿伦方差与随机噪声的近似关系　40　
2.2　守时型原子钟的特性　42　
2.2.1　准确度和稳定度　42　
2.2.2　不确定度　50　
2.2.3　频率漂移和频率复现性　51　
2.3　原子时算法　52　
2.3.1　原子时算法的基本原理　52　
2.3.2　经典的原子时算法　54　
2.4　ALGOS算法的改进　62　
2.4.1　新的频率预报算法　63　
2.4.2　新的权重算法　65　
2.5　国际标准时间建立　67　
2.5.1　国际标准时间概述　67　
2.5.2　快速协调世界时　70　
2.5.3　地球时　71　
参考文献　71　
第3章　现代守时系统　73　
3.1　原子钟组　74　
3.1.1　基准频标/次级频标　74　
3.1.2　守时型原子钟　75　
3.2　本地测量比对　78　
3.3　时间频率传递技术　80　
3.3.1　传统的时间频率传递技术　81　
3.3.2　GNSS时间传递技术　82　
3.3.3　TWSTFT技术　88　
3.3.4　TWSTFT与GNSSPPP结合　89　
3.3.5　激光时间频率传递技术　90　
3.3.6　光纤时间频率传递技术　91　
3.4　比对链路的校准　93　
3.5　地方原子时尺度的产生　95　
3.5.1　时间比对数据预处理　95　
3.5.2　原子钟噪声分析及降噪方法　102　
3.5.3　地方原子时算法　105　
参考文献　107　
第4章　高精度时间产生　109　
4.1　时频信号产生原理　109　
4.1.1　主钟选择　110　
4.1.2　钟组配置　112　
4.1.3　UTC(k)的控制　117　
4.1.4　主备主钟系统切换　124　
4.2　联合守时方法　128　
4.3　综合原子时　130　
4.3.1　综合原子时原理　131　
4.3.2　综合原子时实例　133　
4.4　时间尺度国际标准溯源　142　
参考文献　147　
第5章　守时条件控制　149　
5.1　电力保障　149　
5.2　守时环境保障　151　
5.3　守时系统状态监测　154　
5.3.1　设备噪声和干扰　154　
5.3.2　系统状态实时监测　157　
5.4　主钟信号完好性监测　158　
参考文献　160　
第6章　全球卫星导航系统时间　162　
6.1　GPS时间　162　
6.1.1　时间系统　162　
6.1.2　系统时间产生　164　
6.1.3　系统时间溯源　166　
6.2　GLONASS时间　168　
6.2.1　时间系统　168　
6.2.2　系统时间产生　169　
6.2.3　系统时间溯源　170　
6.3　GALILEO时间　173　
6.3.1　时间系统　173　
6.3.2　系统时间产生与溯源　174　
6.4　北斗卫星导航系统时间　176　
6.4.1　时间系统　176　
6.4.2　系统时间产生与溯源　177　
6.5　各GNSS时间的相互关系　178　
参考文献　180　
附录　181　
附录1　守时常用名词　181　
附录2　全球保持协调世界时UTC(k)的守时机构名录　182　
附录3　全球保持独立原子时TA(k)的守时机构名录　186