时间频率学报

系统梳理了中国标准时间——“北京时间”的诞生与发展历程。从晚清引入“海岸时”开始,1918年民国时期划分为五时区,中国开始了标准时间的国际融合;抗战时期出现国统区重庆时间、沦陷区东京时间及解放区延安时间并存局面。新中国成立后,“北京时间”概念确立并自然推广至全国。技术层面,1959年建立世界时系统,1975年长波授时系统建设中提出建立原子时系统,20世纪70年代末建成并过渡到协调世界时系统,1980年在国际时间局《时间公报》刊布。如今,由中国科学院国家授时中心产生保持并发播的北京时间性能处于世界领先,对国际原子时贡献权重显著,体现了中国科技实力与国家治理水平。

2026 年 01 期 v.49 ;
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序言

李孝辉;

<正>时间是宇宙的基本秩序,也是大国崛起的隐形标尺。1949年9月28日,当“北京时间”通过北京新华广播电台传遍神州大地时,这个“东八区”的标准时间,便与中华人民共和国的命运紧紧绑定在了一起。然而,在建国后的很长一段时间里,我们的授时手段主要依赖上海徐家汇观象台的短波发播,精度有限,且难以覆盖广袤的西部国土。那时的中国,在时间领域尚处于跟随与引进的境地。

2026 年 01 期 v.49 ;
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中国世界时测量技术发展

杨海彦;李孝辉;张首刚;杨旭海;尹东山;马浪明;姚当;李西顺;刘佳;成璇;李志刚;

世界时是以地球自转为基础,通过观测恒星/河外射电源的周日视运动确定的一种时间尺度,是标准时间产生、卫星导航、深空探测等领域不可或缺的基础数据。我国的自主世界时测量和服务工作经历了从无到有、从强到弱、从弱到强的曲折发展历程。新中国成立之初,我国主要使用国际时间局和苏联的测时结果。1964年,基于经典光学测量技术发展,建立了我国综合时号改正数系统,提供国际先进的世界时服务。1991年底,经典光学测量系统停止测时工作,但甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)等新技术测时工作未能有效开展,世界时自主测量工作中断,此后30多年依赖美欧主导的国际地球自转与参考系服务(IERS)。近十年来,基于VLBI 2010、北斗/GNSS(全球卫星导航系统)等先进技术,辅以传统的数字天顶望远镜,国内多个机构正在筹建世界时测量系统,并实现了例行化观测,初步具备了世界时自主服务能力。

2026 年 01 期 v.49 ; 中国科学院战略性先导科技专项（XDB1070301,XDB1070302,XDB1070201,XDB1070202,XDB1070203）
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中国协调世界时技术发展

李孝辉;董绍武;袁海波;武文俊;张首刚;

协调世界时(UTC)的定义在1972年最终形成,成为国际标准时间,我国在同年的7月按照新的规范产生了符合协调世界时标准的国家标准时间,并于1980年正式加入国际比对,当时的国家标准时间与协调世界时的偏差保持在±1μs。随着技术的革新,我国国家标准时间的性能也不断提高,至2000年,国家标准时间与协调世界时的偏差已经进入100 ns,5日稳定度在14个有独立地方原子时的守时实验室中排名第6,对国际原子时(TAI)贡献权重从第10上升到第5。近十年随着比对手段、原子时算法、环境控制、自主研制原子钟等的加入,对国际原子时的权重贡献也超越了美国海军天文台,达到了世界第二的水平。独立地方原子时中长期稳定度进入10^-16量级,综合指标进入世界第二。国家标准时间的性能更是迅速提高,从2024年1月开始,我国国家标准时间的偏差已经小于1.4 ns,超过了美、俄、德等国家,处于世界第一。

2026 年 01 期 v.49 ; 中国科学院战略性先导科技专项(XDB1070301)
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中国科学院国家授时中心原子喷泉钟研制

阮军;王心亮;张辉;刘丹丹;范思晨;白杨;管勇;施俊如;闫露露;聂帅;杨少杰;张首刚;

原子喷泉钟在国家标准时间和国际原子时产生中起重要作用。阐述了原子喷泉钟的工作原理,理论分析了影响性能的物理机制,分析指出了本地振荡器噪声是限制频率稳定度的主要因素,腔相位分布频移和冷原子碰撞频移是限制频率不确定度的主要因素。在此基础上介绍了中国科学院国家授时中心原子喷泉钟结构特点、工作参数和性能指标,其中铷原子喷泉钟NTSC-Rb F1的频率天漂移率位于-4×10^-17和7×10^-17之间,自2022年10月起作为守时钟参与国际原子时的产生;铯原子喷泉钟NTSC-Cs F2的B类频率不确定度为4.3×10^-16,自2024年4月起作为基准钟日常驾驭国际原子时。最后介绍了液氮冷却微波腔、低温蓝宝石振荡器和全光纤光学系统等技术研究,旨在进一步提升原子喷泉钟的性能。

2026 年 01 期 v.49 ; 国家自然科学基金(1217304); 中国科学院科研仪器设备研制项目(PTYQ2025TD0014)
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国家授时中心光晶格钟研究进展

卢晓同;谭巍;常宏;

光晶格钟在近20年获得了飞速的发展,其系统不确定度和稳定度均进入10^-19量级,不仅是下一代“秒”定义的候选者之一,还在相对论测地学、基础物理研究和量子模拟等领域扮演着重要角色。近年来,中国科学院国家授时中心在光晶格钟领域取得了一系列突破性进展,不仅将实验室光晶格钟的系统不确定度降低至1.96×10^-18,成为当前国内指标最先进的光晶格钟之一,还首次在空间站上实现了⁸⁷Sr光晶格原子的一级激光冷却。综述了国家授时中心光晶格钟研究进展,包括实验室⁸⁷Sr光晶格钟的研究历程和最新进展、基于弗洛凯设计的光晶格钟的核心技术和研究成果,以及空间⁸⁷Sr光晶格钟关键技术和最新成果。

2026 年 01 期 v.49 ; 中国科学院重大科技基础设施运行与维护(2024000014); 创新人才推进计划-陕西省青年科技新星(2025ZC-KJXX-112)
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新型原子钟发展现状

张首刚;

结合我国全球卫星导航定位系统的建设和发展需求,介绍了不同类型的新型原子钟研究现状与发展趋势,并简要给出了发展我国原子钟研究的讨论性意见。

2009 年 02 期 v.32 ; 国家973计划资助项目(2005CB724501);; 国家自然科学基金重点资助项目(10834007);; 中国科学院重要方向资助项目(KJCX2-SW-T12)
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GPS星载原子钟性能评估

贾小林;冯来平;毛悦;杨海彦;

介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block IIR星载铷原子钟天稳已经处于1～3×10-14的水平。

2010 年 02 期 v.33 ; 中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KJUX2-YW-T12)
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我国授时服务体系发展现状分析

华宇;郭伟;燕保荣;徐永亮;

随着授时系统的建设和发展,我国逐步形成了相对完善的授时服务体系。从授时服务体系的架构出发,简要总结了授时服务的民用和军用需求,并介绍了我国现有授时服务体系中的授时发播系统,包括工作原理及其技术特点,列举了国内外相关授时标准和规范,以及正在发展中的授时新技术。同时,对我国授时服务体系的发展现状进行了分析总结,并提出了建设性意见。

2016 年 03 期 v.39 ; 中国科学院“西部之光”人才培养计划资助项目(2012LH01)
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时频测控技术的发展

周渭,王海

目前 ,在所有的物理量中时间与频率标准的物理实现具有最高的准确度和稳定度 ,它们的发展不但在计量技术中 ,而且在几乎整个高科技领域中起着十分重要的作用。这方面的发展一直受到发达国家的高度重视。根据近年来与国外同行的技术交流和了解的情况 ,对时频测控技术的发展和影响等作了介绍。

2003 年 02 期 ; 国家自然科学基金资助课题 (批准号 :6 0 0 72 0 37)
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GPS/INS松耦合组合导航的自适应卡尔曼滤波算法研究

周先林;张慧君;和涛;李孝辉;

针对常规卡尔曼滤波应用在GPS/INS组合导航时,由于量测数据出现异常值或系统状态模型不准确而造成的滤波精度下降问题,提出了一种基于新息的自适应卡尔曼滤波算法(AKF)。该算法首先通过卡方检验检测出量测异常值,在量测异常值处调整量测噪声方差阵来抑制滤波发散;在此基础上根据新息协方差的计算值与新息协方差的预测值的粗略比率,调整系统噪声方差阵,从而提高整体滤波精度。通过跑车试验,对本文提出的AKF算法进行了验证。试验结果表明:本文提出的AKF算法较常规卡尔曼滤波算法在经度、纬度误差(均方根)上分别降低了67%,34%,在东向速度、北向速度误差(均方根)上分别降低了47%,38%。从而证明了该算法能有效地抑制由量测异常值导致的状态估计误差,防止滤波发散,提高滤波稳定性。

2020 年 03 期 v.43 ; 基础研究重大项目前期研究专项资助（11703030）
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利用时间序列模型预报电离层TEC

武文俊;李志刚;杨旭海;程宗颐;王晓晗;

以IGS(international GPS service)发布的电离层TEC(total electron content)资料为样本,用时间序列模型对全球的电离层总电子含量进行了预报。在时间序列预报模型中,不同的定阶方法导致不同的预报结果;实践证明本文使用的BIC定阶准则较好地实现了电离层总电子含量的预报。结果表明:对10d左右的预报时间段,时间序列模型的TEC计算结果相对精度高,预报相对精度优于60%的网格点数在总网格点数中所占百分比可达90%以上。

2008 年 02 期 v.31 ; 863课题资助项目(2006AA12Z322);; 国家973计划资助项目(2007CB815503)
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新型原子钟发展现状

张首刚;

结合我国全球卫星导航定位系统的建设和发展需求,介绍了不同类型的新型原子钟研究现状与发展趋势,并简要给出了发展我国原子钟研究的讨论性意见。

一种基于单片机的数据采集系统设计

冯平,刘志英,白燕

叙述了一种基于单片机的数据采集系统硬件设计和软件编制。该系统可在工作现场自动完成排量、压力的采集、分析及数据处理工作 ,实现实时显示 ,可广泛应用于智能仪器仪表、科学研究中

2001 年 01 期 ;
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GNSS的BOC调制及其仿真

贺成艳;卢晓春;王雪;

在阐述了各种BOC(binary offset carrier)调制技术(BOC调制是随着导航技术发展的需要提出的一种新的调制方式,可以实现频段共用、频谱分离并有很好的相关和抗干扰特性)的基本原理的基础上,介绍了一种在Matlab环境下建立BOC调制仿真模型的方法,给出了各种BOC调制的仿真频谱图并进行分析。仿真结果对于GNSS信号体制设计和工程实现有重要的指导意义。

2009 年 02 期 v.32 ; 国家973计划资助项目(2007CB815502);; 中国科学院方向性资助项目(O808YC7701);; 国家863计划资助项目(2006AA12Z314)
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GPS/INS松耦合组合导航的自适应卡尔曼滤波算法研究

周先林;张慧君;和涛;李孝辉;

2020 年 03 期 v.43 ; 基础研究重大项目前期研究专项资助（11703030）
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我国授时服务体系发展现状分析

华宇;郭伟;燕保荣;徐永亮;

2016 年 03 期 v.39 ; 中国科学院“西部之光”人才培养计划资助项目(2012LH01)
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利用GPS观测资料解算地球自转参数

何战科;杨旭海;李志刚;程宗颐;

利用22个IGS(International GNSS Service)跟踪站(IGS05)的连续观测资料估算地球自转参数ERP(Earth rotation parameters)(地球自转参数在测绘和卫星导航中是一组关键的参数),并与IGS地球定向参数EOP(Earth orientation parameters)(UTC 12:00:00)和IERS(International Earth Rotation Service)C04(UTC 00:00:00)同时刻的结果相比较。比较结果表明:与IGS EOP比较,极移在x方向差值的RMS为0.0214 mas,极移在y方向差值的RMS为0.0662 mas,UT1-UTC差值的RMS为0.0260 ms;与IERS C04比较,极移在x方向差值的RMS为0.0203 mas,极移在y方向差值的RMS为0.0354 mas,UT1-UTC差值的RMS为0.0016 ms。以上差别均在IERS C04精度范围之内,我们解算的地球自转参数结果是可信的。

2010 年 01 期 v.33 ; 国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA12Z322);; 国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2007CB815503);; 中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KJUX2-YW-T12);中国科学院国防科技创新资助项目(CXJJ-09-M34)
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中国世界时测量技术发展

中国协调世界时技术发展

中国科学院国家授时中心原子喷泉钟研制

国家授时中心光晶格钟研究进展

新型原子钟发展现状

GPS星载原子钟性能评估

我国授时服务体系发展现状分析

时频测控技术的发展

GPS/INS松耦合组合导航的自适应卡尔曼滤波算法研究

利用时间序列模型预报电离层TEC

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