時間基準及其在雷達裝備中的應用要求

王 凌

(海軍駐中國電子科技集團第十研究所軍事代表室，成都 610036)

時間基準及其在雷達裝備中的應用要求

王 凌

(海軍駐中國電子科技集團第十研究所軍事代表室，成都 610036)

精準的時間基準是雷達等電子裝備實現精確探測的基礎。本文介紹了時間的單位、計量時間的設備、時間的標準、世界統一時間的形成，并介紹了雷達授時方法與授時網絡，重點闡述了授時產品在裝備中的應用，包括授時產品在網路化協同探測、電力系統、軍用通訊和軍用網絡中的應用。

時間基準；授時產品；雷達；電子裝備

0 引 言

精準的時間基準是雷達等電子裝備實現精確探測的基礎。隨著電子裝備技術的發展和應用功能、應用模式的拓展，對時間基準提出了更高的要求。雷達高精度探測的基準時間要求已快速拓展至納秒級，且需具備高穩定和高度一致等能力，為此多類基準授時方法已得到應用。本文主要介紹時間的單位、計算時間的設備、時間的標準、世界統一時間的形成、統一時間的作用、授時的方法、不同領域所使用的時間統一的產品等[1]。

雷達常用時間單位主要有：年(y)、月(m)、日(d)、小時(h)、分(min)、秒(s)、毫秒(ms)、微秒(μs)、納秒(ns)。

雷達常用時間計算參照標準主要有：

(1) 世界時，簡稱UT，為基于地球自轉確立的時間標準，是由地球的自轉所形成的太陽東升西落“日”時間概念，由地球公轉形成“年”時間概念，并形成年(y)、月(m)、日(d)、小時(h)、分(min)、秒(s)等時間標準。

(2) 原子時，簡稱AT，是利用電子圍繞原子核運動產生的無線電頻率進行計時的方法建立的時間標準。電子圍繞原子核運動、產生能量并以某一頻率的電磁波形式表現出來的時間特性。該特性具有高度穩定的固有特點，如銫原子頻率標準，基于銫原子9192631770±10/s的頻率和時間的關系，形成了原子時時間標準[2]。

1 精密時間在裝備中的作用

早期的電子裝備由于其技術相對簡易、應用需求不高，特別是雷達等裝備尚不具實時檢測或實施建立目標航跡等功能，因而時間需求的精確性、穩定性等相對不高，其一般要求為到秒級即可。

隨著裝備功能發展和技術的推動，現代裝備尤其是在現代航空、航天、艦船、武器等領域，活動范圍涉及區域廣闊，甚至可達全球和深空。同時，由于相關飛機、導彈、航天器等雷達目標的運行速度越來越快，機動特性也越來越復雜，為有效實現對這些高速度運行物體的測定、定位、控制，除了需要時間的統一外，還對時間的精度提出了極高的要求。因此，高度統一、高度精密的時間已成為現代雷達探測技術的基本要求和必不可少的重要手段。為實現現代雷達對目標的精確探測，不僅需要統一的精準時鐘，還需要具有高穩定性能，其精度要求已需達到亞微妙級，甚至更低。因此，建立和實現統一的、精密的時間系統和裝備能力已經成為國防建設和經濟發展的重要基礎設施。

2 雷達授時方法與授時網絡

授時方法在世界各國都采用原子鐘來產生和保持標準時間，并通過各種手段和媒介將標準時間信號送達用戶。將時間信號送達用戶的方法有很多，并形成了衛星、短波等授時系統即“授時網絡”。在我國，授時工作主要由中國科學院國家授時中心負責。我國目前與世界大多數國家一樣，雷達獲取時間的授時方法與授時網絡一般有衛星授時、短波授時、長波授時和雷達內部專用授時。

2.1 衛星授時

由于衛星在距離地球很高的太空運行，一顆衛星的信號就可以提供給地球上很多雷達用戶使用，再加上衛星信號從太空直達地球，干擾少，精度高，所以衛星授時是目前世界公認的高精度授時手段，其授時精度可以達到納秒的量級。

目前，對世界開放、用于全世界授時的最主要的系統，一個是美國的GPS全球定位系統，一個是俄羅斯的GLONASS全球定位系統，另外一個是我們國家自己建立的北斗導航衛星定位系統。

美國的GPS全球定位系統共有24顆衛星，1973年開始研制。俄羅斯的GLONASS全球定位系統共有24顆衛星，1973年開始發射第一顆衛星。我國的北斗導航衛星定位系統2000年開始使用，當時只有3顆衛星。按照規劃，到2020年，我國將建成一個面向全球的導航系統和一個面向亞太地區的具有35顆衛星的2個衛星授時系統。截至到2013年，我國的北斗導航衛星定位系統在軌運行衛星數量已達16顆。

我國北斗導航衛星的成功發射及系統的投入使用，大大提高了我國自主導航、授時的能力。北斗導航系統具有導航、授時與通信功能。

2.2 短波授時

與短波通訊一樣，短波授時也是利用廣播形式信號發送給用戶。短波授時的天波是依靠電離層對短波的反射作用傳播的。由于電離層可以反射短波，因此可以將授時臺的信號傳到很遙遠的地方。所以，一個短波授時臺可以有很大的授時范圍。

短波授時的優點是覆蓋廣，授時設備簡單，接收設備簡單，但其缺點是誤差較大，授時精度只能達到毫秒量級，且噪聲大、干擾多等。

2.3 長波授時

長波授時也是一種很多國家使用的一種授時方式。我國的長波授時由國家授時中心利用廣播電臺把信號發送給用戶。

長波授時比短波授時有一定的優勢，一是距離較遠，可達3000 km；二是誤差小，精度高，發播頻率準確度可達10-12。

2.4 雷達內部專用授時

雷達內部專用授時是指基于時間計算參照標準的上層系統授時和雷達自授時的專用授時系統，主要用于對雷達目標搜索和測量。

3 授時產品在裝備中的應用

3.1 授時產品在網路化協同探測中的應用

現代戰爭中，雷達裝備將面臨各種類型的飛機、艦艇、導彈、火炮和電子信息目標的威脅，必須具備嚴格的基于空間的導航和時間基準，以實現對目標的精準探測和測量。特別是針對現代雷達組網探測中，由于需實現網內多種復雜布站、體制和功能雷達傳感器的實時協同探測能力，必須保持時間的高度一致。

近年來，時間同步產品得到了廣泛的應用。主要授時產品都是按照國標及軍標要求研發、生產的產品。產品在多種類型作戰平臺使用中性能可靠，運行穩定。目前，典型授時產品的技術能力和技術特點為：

(1) 標準時源多樣化。典型時間同步儀可同時采用5種標準時間源，其中4種無線方式和1種有線方式。4種無線方式分別是北斗、GLONASS、GPS三種衛星定位系統和我們國內的短波授時。另外，還可以通過有線方式接受外部標準時間信號。

(2) 同時具有授時、校時和守時功能。授時精度高，可以達到百納秒級以內。

(3) 強大的守時功能。在長時間不接收外部時源信息的情況下，仍然能對原有的精密時間信息進行保持。這一點，可以對需要長時期進行隱蔽、長時期與外界切斷聯系而又需要精密時間信息的裝備提供特殊的服務。守時誤差可達10毫秒/年級以內。

(4) 極強的環境適用性。適應各種水下、地下、山林、樓區等多種接收衛星、電臺信號不方便的場合使用。

(5) 具備優異的防潮濕、防雨淋、防鹽霧、防霉菌性能,適合各種惡劣、嚴酷的環境。

3.2 授時產品在電力系統中的應用

電力系統離不開高精度的時間設備，尤其是在高壓電力網絡內若不能在精確時間前提下進行送電、停電、開關閘，將會產生嚴重后果。所以，高精度的授時產品是電力系統必不可少的重要設備。因此，在現代電力系統授時產品應集自動校時、守時和授時于一體，具有精度高、智能化等特點，除設有多種接口外還設有光纖接口，可遠距離傳輸時間同步信號。

3.3 授時產品在軍用通訊中的應用

在軍用通訊中，時間同步是必不可少的一個組成部分。隨著通訊技術的發展，越來越多地對通訊網絡提出高精度時間同步要求。如果時間不同步，輕則通信聲音斷續、圖像傳輸抖動或是數據鏈丟包，重者收不到訊號,無法進行通信。

例如，目前數據鏈微秒級的時間同步要求。對于傳統數據鏈，只需要頻率同步即可提供滿足要求的頻率信息，而對于最新的數據鏈技術，只是頻率同步已經不能滿足要求，所以需要高精度的GPS衛星授時解決同步問題。目前，我國的新一代的北斗導航系統已投入應用，出于安全性方面的考慮，通訊系統的授時系統已開始使用我國北斗來取代美國的GPS。

3.4 授時產品在軍用網絡中的應用

在沒有以太網絡時，作戰平臺大部分設備各自配備一套校時單元及天線，由于對時間精度要求的不同，因此可能采用了不同的時間基準和校時方式。這樣就造成不同設備間的時間誤差較大，且校時天線過多影響作戰平臺的整體電磁兼容設計和布局。

現代大型作戰平臺基本都配置內部軍用以太網，在以太網內部設備通過網絡進行數據傳輸和交換。大型作戰平臺執行作戰任務進行對敵打擊時，從警戒雷達發現跟蹤目標到火控雷達給武器系統提供精確的目標指示，再到武器系統對目標進行火力打擊。在這個過程中，各相關設備必須具備嚴格統一的時間基準，以實現對目標的精準探測與打擊。因此，網絡授時產品應運而生，可以通過網絡廣播發送精確的時間信息，不受距離限制，且僅有一套校時天線，大大減少了作戰平臺上校時天線林立的情況，提高了集成度。

這種網絡授時產品的主要特點：

(1) 可以同時對多臺設備授時，且不受距離的限制。

(2) 體積小，功耗低，具有精度高、接口通用、智能化等優點，在國內外同類產品中處于領先水平。

(3) 時源多，可以利用BD、GPS、GLONASS、短波四種時源進行授時、校時，同時還配有原子鐘進行守時，當其他校時手段都失效時仍可保證向用戶提供高精度、高可靠性時間信號的產品。

(4) 突破天線與授時設備傳統上60 m左右的射頻傳輸距離的限制，使天線到授時設備之間的距離可以達到1500 m以上，為一些天線與授時設備之間有較遠距離的特殊用戶提供了方便。

4 結束語

隨著我國裝備的發展和技術實力的進步，時間同步產品必將在雷達裝備中發揮越來越重要的作用。我們相信，時間同步產品的應用一定會為我國的國防建設、國家安全和國民經濟發展作出積極的貢獻。

[1] 童寶潤. 時間統一系統[M]. 北京：國防工業出版社,2003.

[2] 北京匯美電子技術有限公司. 衛星導航、授時、雷達產品介紹.www.huimeidianzi.com,2014-12-3.

Time reference and its application requirements in radar equipment

WANG Ling

(Military Representatives Office of the PLA Navy in No.10 Research Institute of CETC, Chengdu 610036)

Accurate time reference is a basis for the radar equipment to realize precision detection. The unit of time, time measurement device, time standards, formation of unified world time as well as radar time service methods and network are introduced. The applications of time service products in the networked cooperative detection, power system, and military communication and network are expatiated.

time reference; time service product; radar; electronic equipment

2014-09-10；

2014-10-20

王凌(1978-)，男，工程師，研究方向：雷達總體技術。

TN99

A

1009-0401(2014)04-0013-03