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我国远程时间比对测试仪取得突破
来源:数字通信世界   作者:赵法彬   添加时间:2019-06-03 23:15
(赵法彬/数字通信世界) 随着科学和技术的不断发展,时间和频率的测量精度不断提高,从而进一步推动了基础科学研究和诸多科学实验和工程技术领域的飞速发展,在这一过程中, 远距离的时间比对测试仪发挥着重要的作用,但是,这一领域长期被国外企业垄断。随
(赵法彬/数字通信世界)随着科学和技术的不断发展,时间和频率的测量精度不断提高,从而进一步推动了基础科学研究和诸多科学实验和工程技术领域的飞速发展,在这一过程中, 远距离的时间比对测试仪发挥着重要的作用,但是,这一领域长期被国外企业垄断。随着北斗卫星导航系统的投入运行,基于北斗卫星的远程时间频率比对成为可能,经过我国科研机构与相关企业的共同努力,这一局面已经被打破。日前,在北京举办第十届中国卫星导航年会上,中国科学院国家授时中心与深圳市夏光通信测量技术有限公司合作研制的全新一代远程时间比对测试仪——SyncCV卫星共视仪正式发布。
 
SyncCV卫星共视仪正式发布

北斗卫星共视时间比对
据悉,国家授时中心基于北斗卫星共视技术,搭建了一套远程时间频率校准系统,由远程时间比对基准终端、远程时间比对校准终端和数据分析处理中心组成,可在远程恢复出UTC(NTSC)的时间频率信号。远程时间比对基准终端测量UTC(NTSC)与北斗卫星钟的钟差;远程时间比对校准终端测量本地原子钟与北斗卫星钟的钟差,并在本地驾驭生成与UTC (NTSC)同步的时频信号;数据分析处理中心处理来自远程时间比对基准终端和远程时间比对校准终端的数据。该系统摒弃了传统的不连续观测方法,以10 min作为1个观测周期,实现了时间频率的连续比对。试验结果表明,该系统配送UTC(NTSC)的不确定度为3.74 ns,配送信号的频率天稳定度达到1.97E-14。
目前,高精度时间在导航、通信、电力、金融等社会各领域应用越来越广泛,对时间比对精度也提出了更高的要求,这就需要进行卫星共视时间比对。我国的标准时间是UTC(NTSC),这是北京时间的基础,位于陕西临潼的中国科学院国家授时中心是UTC(NTSC)的产生和保持机构,在那里的标准时间UTC(NTSC)的产生和保持装置由数十台原子钟组成,产生的UTC(NTSC)通过国际比对链路与全球时间同步。中国科学院国家授时中心研究员刘娅女士在本次发布会上说,经过艰苦的努力,我国的标准时间UTC(NTSC)的偏差终于从50ns提升到了5ns以内,对UTC的权重贡献居于世界第四,各项指标居于世界先进水平。现在,标准时间通过各种手段广播给全国的用户,满足授时精度覆盖秒~微秒需求。北斗卫星导航系统时间BDT是通过国家授时中心保存的UTC(NTSC)溯源到UTC。
 
探索科研成果转化之路
卫星授时等广泛应用的授时设备的用时性能评价及校准需要专业测试设备支持:一是用时设备时间服务性能评价,目前最为广泛应用的时间服务设备是GNSS卫星授时,一般授时精度为30~50ns,对其授时性能进行评价和测试需要具有更高精度的仪器;二是时间同步网性能监测,以各种授时设备组成的时间同步网络的时间同步性能、完好性监测,需要高精度时间同步测试。这些都需要权威的时间基准、先进的技术和成熟的产品开发经验作为支撑。中国科学院国家授时中心研究员刘娅说,2017年12月,国家授时中心和夏光启动了项目合作计划,以授时中心的科研条件和技术积累,结合夏光的产品和市场研发经验,探索一条科研成果转化之路,双方协商共同开发卫星共视仪,历时一年多,双方经多轮需求分析、技术研讨、检验测试,终于促成了卫星共视仪产品的诞生。
 
SyncCV卫星共视仪
中国科学院国家授时中心副主任李孝辉介绍说,国家授时中心提供卫星共视技术、相关专利算法技术等,并对产品技术性能指标进行验证;夏光公司负责在全新技术平台上,结合5G高精度时间同步测试需求,进行了产品总体设计、解决产品量产、市场推广、用户体验等方面事宜。经过近一年的研制,双方解决了多项技术问题,并针对电信市场的应用,独创了一些新技术、新方法,目前,产品的各项技术性能指标符合设计要求,并在国内主流通信设备厂商进行了试用,得到用户的认可。
 
中国科学院国家授时中心副主任李孝辉(右)、中国科学院国家授时中心研究员刘娅(左)

李孝辉副主任认为,SyncCV卫星共视仪的成功上市,是国家授时中心科技成果转化的一次有益的尝试,响应了《中国科学院关于新时期加快促进科技成果转移转化指导意见》以及中科院“促进科技成果转移转化专项行动”,迈出了科技成果向现实生产力转化坚实的一步。与此同时,国家授时中心针对民用市场的高精度时间传递新增了一种授时方式,并有效拓展了北斗卫星导航授时系统在5G网络中的应用。
问及选择深圳夏光公司进行合作的原因,李孝辉副主任回答说,深圳夏光公司是一家专业从事时频同步测试产品研发、生产、销售的企业,特别在电信行业的时频同步测试方面在国内占据领先地位,国家授时中心将已有的科技成果与深圳夏光公司进行深入合作,能有效将研究机构与公司企业的资源优势都充分的调动起来,以市场为导向、科研为后盾,企业化运作,将国家授时中心的科技实力及科技成果,与深圳夏光公司的产品开发及市场开发能力结合起来,必将是珠联璧合,必将实现双赢,真正为时频同步领域不断推出更多的新产品,为中国时频同步技术不断进步、发展作出贡献!
 
SyncCV卫星共视仪
深圳市夏光通信测量技术有限公司董事长兼总经理白岩介绍说,SyncCV卫星共视仪是一款基于卫星共视(Common View)技术的高精度远程时间比对测试仪,以国家标准时间UTC(NTSC国家授时中心)为参考,测量用户所在地时间与国家标准时间的偏差,实现向UTC溯源,并实时图形显示该偏差结果,完成对用户时间的校准。可用于高精度测量标校位于不同地点的时间信号,获得各地时间信号的校准量,进而实现各地时间的同步,并有效分析、评估某地时间信号的稳定度、准确度,以及与国家标准时间的偏差。适用于PRTC、ePRTC等时间同步设备的同步性能测试或时间误差的校准、高精度时间同步网络的时间偏差的长期监测。SyncCV卫星共视仪具有五大特征:一是结果权威,测试可直接溯源至UTC(NTSC),测试、评估无需送检;二是运筹帷幄,用户能实时看到与标准时间的偏差结果;三是多系统融合,多星座融合应用,提升系统可靠性、可用性;四是测试高精度,测试不确定度优于5ns;五是灵活测试,自主知识产权的共视数据实时交换、灵活测试周期的协议,能适应不同性能时钟源的测试需求。以国家授时中心标准时间为参考,通过SyncCV卫星共视仪,产生用户时间与标准时间的偏差数据,供用户校准自己的时间,基于卫星共视的高精度测试系统已经在全国应用。
 
深圳市夏光通信测量技术有限公司董事长兼总经理白岩
 
白岩总经理说,SyncCV的亮点包括:NTSC设立永久性CV基准站;采用NTSC创新CV标准,实现CV实时比对;基于云的数据交互;基于嵌入式WEB的人机接口;面向5G高精度时间同步测试的优化。可应用于以下场景:一是时间服务设备的校准,基于权威的参考时间,可用于测试用户时间服务设备的授时偏差,校准设备;二是时间同步性能评估,小于5ns的测试不确定度,可用于评价一般的卫星授时终端的时间服务性能;三是时间服务设备的完好性监测,布设于时间同步网内,实时监控网内节点间的时间同步性能,以及监视时间服务设备的完好性。
如下图所示,远程时间比对系统基本组成包括远端SyncCV(位于国家授时中心)、数据交互处理中心和若干台本地SyncCV(位于用户处)。SyncCV同时观测所在地可视的GNSS卫星,以约定的观测周期处理测量数据,得到本地参考时间与各颗卫星钟时间的偏差,在完成一个观测周期后将数据通过网络发送到数据交互处理中心进行数据处理,抵消两地相同观测误差影响后,计算得到两地参考时间之差,通过网络返回给本地SyncCV,由SyncCV中的软件实时输出并显示时差测量结果。由于远端SyncCV(位于国家授时中心)的参考信号来自UTC(NTSC),本地SyncCV的参考信号来自用户需要被校准的信号,因此SyncCV测得的结果即为用户待校准时间与标准时间UTC(NTSC)的之差。
 
因为测试需要国家标准时间UTC(NTSC)作为参考,因此SyncCV不能独立于系统运行。白岩总经理介绍说,图中UTC(NTSC)、远端SyncCV(位于国家授时中心)、数据交互处理中心的运行维护由国家授时中心负责,365天×24小时无间断持续可靠运行,本地SyncCV由用户负责运行维护。
该测试系统的的实时性、无间隙设计体现在各地终端的观测、数据处理并行开展,测量结果能在一个观测周期结束后实时计算出来。白岩总经理表示,由于各SyncCV独立运行,不相互依赖,任意SyncCV加入或退出该系统不会影响其它SyncCV运行,SyncCV数量受限于数据交互处理中心的运行能力,国家授时中心保证所接入的SyncCV的观测数据得到实时处理,相比传统的点对点共视,系统灵活度大大提升。
刘娅研究员说,中国科学院国家授时中心拥有时频技术积累及设施资源,可以提供溯源时间频率基准,进行算法及关键技术研究;深圳夏光具有产品开发及市场经验,可以结合应用需求开发仪器,融合通信行业测试需求。因此,双方合作是优势互补。她还透露,未来双方将持续投入研发力量,不断完善优化测量方案,可满足更高精度、更远距离的时间远程测试。

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