与标准时间保持同步——长波授时知识汇总2016版

与标准时间保持同步——长波授时知识汇总2016版

（大纲）

前言

一、标准时间的产生 标准时间——世界协调时 时区

二、标准时间的发布

（一）现代授时方法

1电话授时 2短波授时 3长波授时 4网络授时 5卫星授时

（二）长波授时的优势

三、世界主要长波授时电台

（一）英国

（二）德国

（三）美国

（四）日本

（五）中国

（六）法国

（七）瑞士

（八）俄罗斯

四、长波授时接收——电波钟表简介 希望收音机增加长波授时功能

五、期望——收音机增加接收长波授时功能

与标准时间保持同步——长波授时知识汇总2016版

（草案）

前言 2007年，随着我国大功率、可覆盖我国绝大部分地区的国家授时中心商丘低频时码发播台的建成和成功试发播，能自动校正时间，500年只差一秒，与国家标准时间毫秒量级精度的电波钟表走进了千家万户，高大上的长波授时走进了普通百姓的生活中。

一、标准时间的产生 标准时间——世界协调时 时区

（一）现代国际时间标准

现代国际时间的计量标准是国际原子时。它的基本单位是秒。一个原子时秒的长度是铯原子跃迁振荡9192631770周所持续的时间。更长的时间单位由秒的累加而得。

国际原子时由设在法国巴黎的国际权度局（BIPM）建立并保持。BIPM分析处理全世界约50个时间实验室的200多台原子钟数据，得到综合时间尺度——国际原子时。中国科学院国家授时中心参与国际原子时的建立。目前，国家授时中心有19台铯原子钟和4台氢原子钟的数据定期传送给BIPM，是对国际原子时的建立和保持作出贡献的主要实验室之一。

原子时秒长稳定，但时刻没有物理内涵。世界时恰好相反，由于地球自转速度逐年减慢、季节性不均匀变化等因素，它的秒长不均匀，但它的时刻对应于太阳在天空中的位置，反映地球在空间旋转时地轴方位的变化。这不仅与人们的日常生活密切相关，而且具有重要科学应用价值。大地测量、天文导航和空间飞行体的跟踪、定位等领域，需要知道瞬间地球自转轴在空间中的角位置，即世界时时刻；而精密校频、信息传输等应用领域，则要求均匀的时间间隔，即需要秒长稳定的原子时。

但是，时间服务部门一般不可能以同一个原子钟为基础发播时号，同时满足性质完全不同的这两种要求。于是就出现原子时和世界时如何协调的问题。

经有关国际学术组织的讨论协商，目前的协调方法是：在1958年初，调整原子钟，使原子时和世界时的时刻一致，然后原子钟运转积累原子时。由于地球自转不均匀，原子时和世界时的时刻差就会增大。当这个差值接近0.9秒时，人为拨动原子钟，使其增加或减少1秒，即实行所谓的“闰秒制”，使原子时时刻始终靠近世界时。这样得到的时间尺度称为“协调世界时（UTC：Coordinated Universal Time）”。从1972年起，协调世界时被确定为全世界的官方时间和国际民用时间标准。

目前，世界各国时间服务部门提供的标准时间，都是协调世界时。

（二）时区的划分

以观测者所在地的子午线为基准测出的平太阳时，称为地方平太阳时。同一瞬间，位于地球不同经度的观测者测出的地方平太阳时是不同的，因此需要一个统一标准。十九世纪中叶，欧美一些国家开始采用一种全国统一的时间。这种时间多以本国首都或重要商埠的子午线为标准，例如英国采用格林威治时间，法国采用巴黎时间，美国采用华盛顿时间。这种时间在一国之内使用尚无不便，但是，随着铁路长途运输和远洋航海事业的发展，人们的国际交往越来越频繁，各国仍旧采用各自未经协调的地方时，给人们带来很多困难。于是在上个世纪七十年代，有人提出在全世界按统一标准划分时区，实行分区计时。这个建议先在美国和加拿大实行，后被多数国家所采用。1884年华盛顿国际子午线会议决定，将这种按全世界统一的时区系统计量的时间称为区时，又称标准时。

世界时区的分法是：每时区横跨经度15º，全世界划分为24个时区。英国皇家格林威治天文台所在的时区为零时区，范围从西经7.º5到东经7.º5，在此时区内统一使用格林威治时间；零时区以东是东一时区，从东经7.º5到东经22.º5，以东经15º的时间为标准时；再往东，依次是东二区、东三区…直到东十二区。同样，从零时区向西，依次是西一区、西二区、西三区…直到西十二区。每跨一个时区，时间相差一小时；同一时区内，区时和地方时之差不超过半小时。时区与时区之间，相差整数小时，分和秒相同。这样使用起来非常方便。例如，我国北京时间是东八区区时，也就是东经120º标准时，北京在格林威治以东，如果现在格林威治时间是7时30分，那么北京时间就是7时30分加上8小时，等于15时30分。

（三）中国标准时间

中国现代时间标准是中国科学院国家授时中心（英文缩写为NTSC）建立并保持的原子时标准，其学术代号记为TA（NTSC），民用时间标准也是由该中心建立并保持的协调世界时，记为UTC（NTSC）。人们通常所说的中国标准时间，就是协调世界时UTC（NTSC）。

中国科学院国家授时中心利用一组原子钟（目前为19台铯原子钟，4台氢原子钟），通过测量比对和算法设计，建立并保持着高精度中国原子时标准TA（NTSC）和协调世界时标准UTC（NTSC），并通过卫星与世界上主要时间实验室保持定期时间对比。

目前，TA（NTSC）和UTC（NTSC）的准确度优于3×10-13，稳定度保持在10-15量级。国家授时中心保持中国协调世界时UTC（NTSC）与国际协调世界时UTC之差已经控制在±50纳秒以内，即｜UTC－UTC（NTSC）|＜50ns。目前，在全世界50多个时间实验室中，能达到这样水平的有8个，分别是：美国海军天文台（USNO）、美国标准技术研究院（NIST）、德国物理技术研究所（PTB）、中国科学院国家授时中心（NTSC）、日本国家情报和通信技术研究所（NICT）、英国国家物理实验室（NPL）、瑞士联合实验室（CH）、俄罗斯时空计量研究院（SU）。

二、标准时间的发布

“授时”是指利用发布标准时间信号的工作，英文称为"time service"。

（一）现代授时方法

1电话授时   授时同步精度1ms

电话授时系统工作可靠、成本低廉，可满足中等精度时间用户的需求，可为科学研究、地震台网、水文监测、电力、通讯、交通管理等行业提供标准时间同步服务。授时同步精度1ms

需要电话授时服务的用户，请拨通国家授时中心电话授时服务电话：

(029)3890482, 3890446, 3890449

2短波授时  授时精度为1毫秒---3毫秒。

利用短波时号进行时频传递与校准是一种廉价而方便的方法，授时精度为1ms量级同时对于某些高准确度同步要求的用户，作为粗（初）同步方法也是必不可少的。短波授时的基本方法是由无线电台发播时间信号（简称时号），用户用无线电接收机接收时号，然后进行本地对时。目前中国美国韩国阿根廷都有短波授时台。

国家授时中心短波授时台（BPM）每天24小时连续不断以四种频率（2.5M,5M,10M,15M,同时保证3种频率）交替发播标准时间、标准频率信号，覆盖半径超过3000公里，授时精度为毫秒（千分之一秒）量级。陕西BPM的发射台位置位于蒲城，发射频率为2.5MHz，5.0MHz，10MHz，15MHz交替全天发播。发播的是世界时UT1和协调时UTC，全天24h连续发播。BPM从1981年7月1日开始发播时号，1983年3月1日以后的发播程序是：0~10min，15~25min，30~40min，45~55min发播UTC时号。秒信号为正弦波1kHz调制的10个周波，即秒信号长10ms，整分信号为1kHz调制的300个周波，即分信号长300ms。25~29min，55~59min发播UT1时号。秒信号为正弦波1kHz调制的100个周波，即秒信号长100ms，整分信号为1kHz调制的300个周波，即分信号长300ms。10~15min，40~45min发播无调制载波。29~30min，59~60min发播BPM台站呼号。呼号前40秒为莫尔斯电码，后20秒为女声汉语语音通告。

美国短波授时台：分别位于科罗拉多州和夏威夷的WWV站台与WWVH站台，可广播2.5至20 MHz范围内的5种不同的高频讯号，每一组频率有个别独立的发射源。多个频率的操作将使在全时段中至少有一频率是可用的。

3长波授时  微秒量级

利用长波（低频）进行时间频率传递与校准，是一种覆盖能力比短波强，校准的准确度更高的授时方法。早期的长波授时，在规定时间广播规定的字符，例如，在8点广播字符“A”，附近的电报员听到A以后，将他的时钟调整到8点。现在，长波授时已经能够广播时间编码信息，接收机自动接收长波信号，自动调整本地时钟。

4网络授时  授时精度一般为几十毫秒～几百毫秒

网络授时是指NTP协议全称网络时间协议（Network Time protocol）。它的目的是在国际互联网上传递统一、标准的时间。具体的实现方案是在网络上指定若干时钟源网站，为用户提供授时服务，并且这些网站间应该能够相互比对，提高准确度。授时精度

 5卫星授时 授时精度优于微秒量级，纳秒量级

从建立一个现代化国家的大系统工程总体考虑，导航定位和授时系统应该说是基础的基础。它对整体社会的支撑几乎是全方位的星基导航和授时是未发展的必然趋势。美国投入巨资建成了全球定位系统（GPS），俄罗斯也使自己的全球导航卫星系统（GLONASS）投入了运行。欧盟一些国家也正在联合开展加利略（Galileo）卫星导航系统的研制。

中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

（二）长波授时的优势

利用长波做标准时间标准频率发播台 (简称标时台 )的广播，是最近几年来很热门的话题，目前整个世界已有好几个长波标时台，利用长波一天二十四小时地，播送精确的时间信号，这些电台遵照规定，都使用 100KHz 以下的频率。为什么要使用这么低的频率来做标时台呢？有哪些迷人的优点？其实原因无它，就是这频率的传导状况稳定，让使用者很容易接收到稳定的信号，有稳定的信号才能有精确的时间信号。长波不会受到电离层高度变动的影响而有严重的信号延迟，电离层通常会随着白天、黑夜及季节等的影响而变化，比如在 5、10、15、 20MHz 等频率随意可接收到的标时台信号，因为是短波，容易受到电离层的影响，所发出来的信号经过传导的影响，信号到了使用者的手里，就没有那么可靠及精确了。虽然大多数人对于短波标时台的误差并不怎么在意，但是这误差可能会使标时台的精确度不符合规格所需，尤其是当接收台与发射台距离很远时，就变得越复杂，也越不可靠，而主要靠地波传导的长波就没有这些缺点。因为长波的优点显而易见，因此，许多研究单位便纷纷设立长波标时台。

1长波靠地波传播，传播稳定可靠，传播距离远。长波靠地波比中波传播距离大得多。相对于短波的天波传播受电离层影响而导致传播的不稳定性，稳定多了。

2授时精度比较高，可以达到微秒量级。而网络授时和短波授时只达到毫秒量级，远比网络授时和短波授时高。而卫星授时可以达到几十纳秒量级。

3卫星授时不能在室内，而长波授时可以在室内进行。

4卫星授时易受到人为故意干扰破坏。

5长波天波白天可以靠电离层D层传播，晚上D层消失靠E层传播，所以长波天波比中短波稳定些，白天也可以稳定收到长波天波信号。

三、世界主要长波授时电台

（一）英国

世界上第一座长波标时台是英国的 GBR，这座电台早在 1926 年就设立了，它也是当时世界上输出功率最大的电台，使用的频率是 16KHz，当时可以涵盖到整个美洲大陆，只要配备适当的接收机及解码机，就可以收到稳定的长波标时台信号。

英国的标准时钟报时台 MSF 电台，在 Cumbria 省的 Anthorm 新建的60kHz 发射站，每日1800-2000试播中，在试验报时这段时间，原有 Rugby 发射站停止发射信号，新报时台预定2008年3月31日0000开播，而且从4月份开始管理发射站的单位，由 BT Radio Engineering Service 移转至 VT Communications。

时码代号：MSF  频率：60 kHz     发射功率：15 kW  所在地：英格兰坎布里亚郡   接收范围：1200 km  

地理位置：北纬54° 55&＃39; , 西经03° 15&＃39;

（二）德国

德国的长波授时编码标准为ＤＣＦ，与ＭＳＦ类似。２０世纪５０年代末，德国就在DFCFrankfurt建立了长波授时中心，77.5kHz，50kW。德国国土面积较小，且ＤＦＣ的长波授时信号发射站功率很强，是ＲＣＴ技术中对接收芯片的灵敏度要求最低的，因而比较容易开发。

时码代号：DCF77  频率：77.5 kHz     发射功率：50 kW  所在地：德国黑森州美因豪森（近法兰克福） 接收范围：1500 km  

地理位置：北纬50° 01&＃39; , 东经09° 00&＃39;

（三）美国

美国国家标准技术院(NIST）其标准时频广播电台以无线电广播的方式，每日将时间与频率讯息传送给公众用户。

位于科罗拉多州的科林斯堡（Fort Collins, Colorado）的WWVB站台，是为发送60 kHz的低频讯号。由于WWVB传送以地波传播为主的长波讯号，比起在电离层与地表间弹跳的WWV短波信号更稳定。使得若在同一个接收点，WWVB比起WWV具有更高的准确性。

2008年，美国国家标准技术研究所(NIST)考虑在美国东岸设立超低频40千赫的标准时间频率台，该机构8年前在科罗拉多洲设立频率为60千赫 WWVB 电台，发射功率从原本的13千瓦，逐渐加大到当前的70千瓦，然而在东岸依然无法有效接收时间讯号，这个提议是 WWVB 台长 John Lowe 提出的，如果这个计画实现将对依赖电波校正的钟表，和透过电波时间控制讯号的消费性装置，有很明显的行销推动效果。

长波低频授时码：位于科罗拉多州的科林斯堡（Fort Collins, Colorado）的WWVB站台，是为发送60 kHz的低频讯号

时码代号：WWVB  频率：60 kHz     发射功率：50 kW  所在地：美国科罗拉多州柯林斯堡 接收范围：2000 km  

地理位置：北纬40° 40&＃39; , 西经105° 03&＃39;

（四）日本

日本情报与通信研究所为日本信息通信领域中最大的国立研究机构，于2004年4月由总务省所管通信综合研究所（CRL）及通信发射机构（TAO）合并而成。独立行政法人的NICT主要有3系所并分为8个部门，其标准时间小组之任务为提供并维持日本准确的标准时间与频率等与国民生活息息相关的重要业务。此外，日本短波带或高频（HF）的标准电波在2001年3月31日就已经废除了。目前的服务仅为长波带或低频（LF）标准电波。长波带标准电波设施（Ohtakadoya-yama，福岛电台，操作频率40 kHz），自1999年6月10号起开始启用、并由先前的实验电台（呼号JG2AS）变更为正式的标准频率电台（JJY）。此外，2001年10月1号起成为长波第2电台的长波带标准电波设施 (Hagane-yama，九州电台，操作频率60 kHz）开始启用。

时码代号：JJY  频率：40KHZ & 60 kHz     发射功率：50 kW  所在地：日本福岛&九州福冈/佐贺   接收范围：1000km&1000Km 地理位置：北纬37° 22&＃39; , 东经140° 51&＃39;  &  北纬33°28&＃39; , 东经130° 11&＃39;

（五）中国

中国大陆在1970年正式建成了具有时间计算和校时服务功能的中国科学院陕西天文台蒲城；即中国科学院国家校时中心，主要工作为承担着中国标准时间的产生、保持和发播任务。

我国在20世纪70年代初开始建设自己的专门用于时频传递的罗兰-C体制长波授时台，呼号为BPL，其载频信号由国家授时中心铯原子钟组产生。BPL从1978年开始小功率发播，1983年起大功率发播。2006年12月开始进行全固态化和数字化改造，经国家授时中心两年多的研制建设，BPL技术改造项目取得圆满成功，并于2009年元月10日正式投入试发播运行。BPL长波授时台是我国目前惟一微秒量级的高精度授时系统，信号覆盖我国整个陆地和近海海域。系统运行几十多年来，为我国国民经济诸多行业和部门提供了可靠的高精度授时服务，发挥着极为重要的、不可替代的作用。发播信号时刻准确度：≤±１微秒。发播时间：每天开机１０小时，发播８小时，每天发播时间为13:30-21:30。覆盖范围：天地波结合为3000公里。

低频时码授时系统，通常是指工作于第五频段（30-300kHz）的长波授时系统。该系统适于区域性的标准时间频率传输，其传播的稳定度、覆盖范围的广泛性，使其在各个领域都发挥了重要的作用。在工程方面，它广泛应用于远距离可靠通讯、标准频率和时间传送、以及精确导航和水下与地下通信等业务。在物理方面，低频无线电波用于地球物理和空间物理的探测研究，并在不断地开发新的研究方法和手段。低频授时的一类成功的应用是低频连续波系统。中国国家校时中心在1994年完成RCT校时长波发射台的可行性论证后，采用68.5KHz频段的连续波时码授时体制的技术，于2002年建成 BPC低频时码授时台，并试验发播。。2007年，中国科学院国家授时中心在河南商丘正式建立了一座大功率、连续发播的低频时码的商丘授时台BPC（100KW发射机，发射频率68.5KHz），构筑了我国新一代低频时码授时系统，技术指标处于国际先进水平。低频时码商丘授时台的授时信号可以有效覆盖京、津和长江三角洲等我国政治文化和经济中心。BPC低频时码授时系统是一个载频为68.5KHz的调幅无线发播系统。调幅脉冲下降沿的起始点，指示着国家授时中心UTC（NTSC）秒信号的发生时刻。调幅脉冲的宽度按指定的传输协议给出日历和时间的数字编码信息。低频时码信号形式都是以1秒为单位变化的，在1秒中包含了信号的秒脉冲信息和时间编码信息。中国电波钟控制时间信号协议，即BPC码，可专供支援RCT技术的接收装置接收校时讯号。

目前该台每天向电波钟表及各类低频时码用户提供21小时授时服务，发播全时码标准时间信息，授时精度亚毫秒量级，天波覆盖半径3000公里，地波1000公里。

河南商丘虞城县 BPC标准低频时码授时台 

天线坐标：北纬34.457度，东经115.837度。

发射频率：国家无委批准的68.5KHz，发射带宽±1 KHz；

发射机：全固态

发射天线：伞状单塔；

发射功率100千瓦；

覆盖半径：天波3000公里，地波1000公里；

调制方式：由编码调制单元提供已调波的脉冲负极性键控；

发播时间：9：00—17：00，21：00—5：00；

授时精度：地波：0.1ms；天波：1ms；

（六）法国

France inter

时码代号：无(发射站采用“inaudible”time subcode) 频率：162KHZ   发射功率：凌晨00时~ 06时1000KW 

其它时间2000KW   地理位置：法国布尔热区西北部阿卢伊镇  北纬47°10′ , 东经02°12′

（七）瑞士

瑞士的VLF报时台HBG (75KHz，20KW) 自1966年开播以来，历经 Swiss Federal Office of Telecommunications Authorities (至1997年)、Swisscom(2000年交棒)，Swiss Federal Office of Metrology (METAS) 迄今管理下，因天线塔老朽化必须汰旧换新，METAS 当局已决定在2011年功成身退关台。此举是否会影响人们靠电波校对标准时呢? 答案是否定的，邻国德国DCF77 (77.5KHz，50KW) 电波报时台可填补空缺任务。

（八）俄罗斯

俄罗斯民用长波报时台，主要有位于东部伊尔库茨克的RTZ俄罗斯标准时间报时台RTZ（50kHz，发射功率10 kW）和位于莫斯科 RBUZ（66.67，发射功率10 kW）。俄罗斯标准时间报时台 RBU（66kHz）与 RWM（4996、9996、14996 kHz）自2008年第一季，从 Noginsk 移转至 Taldom，为此 Taldom 发射站的发射机及天线必须换新整修。RBU 报时台使用「Zont」特殊的天线。

民用长波台 RTZ   RBU 

RTZ 电波站 位于俄罗斯东部伊尔库茨克

天线坐标：北纬52 °26&＃39;  ,  东经103° 41&＃39;  发射频率：50 kHz    发射功率10 kW

信号覆盖范围：东经 80°~120°    北纬 45°~75°

RBU 电波站位于莫斯科

天线坐标：北纬55 °48&＃39;  ,  东经38° 18&＃39;  发射频率和功率：66.67KHZ (10KW )

四、长波授时接收——电波钟表简介

一种通过接受国家授时中心的无线信号以确保时间准确性的计时工具。

电波钟表的工作原理：首先，由标准时间授时中心将标准时间信号进行编码，利用低频（20KHz ~ 80KHz）载波方式将时间信号以无线电长波发播出去。电波钟表通过内置微型无线电接收系统接收该低频无线电时码信号，由专用集成芯片进行时码信号调解，再由计时装置内设的控制机构自动调节电波钟表的计时。通过这样一个技术过程，使得所有接收该标准时间信号的电波钟表（或其他计时装置）都与标准时间授时中心的标准时间保持高度同步，进而全部电波钟表显示严格一致的时间。

电波钟表因为其计时技术的突破性，成为机械表、石英表后的第三代计时产品。，它的出现开拓了时间计量的新里程，使精密时间的简便自动接收、并进入寻常百姓家成为可能，从而将对世界经济的发展产生重大的影响。

五、期望——收音机增加接收长波授时功能

收音机如电波钟一样，体积比较大，能制作高灵敏度长波天线；再说长波的天波白天也比较强比较稳定。理论上可以做到全中国全天候稳定收波校时。可以借鉴国产电波钟一样，支持断电后恢复供电时自动收波校时，手工校正时间，凌晨1点，2点，3点，4点自动收波校时。