時(shí)間映日月，頻率譜章華3：國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)——原子時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)裝置發(fā)展史

歷史上，時(shí)間曾由天文觀測(cè)確定，但隨著時(shí)間計(jì)量從天文秒向原子秒的演進(jìn)，全球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的維護(hù)職責(zé)逐漸從天文機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移至計(jì)量機(jī)構(gòu)。相應(yīng)地，國(guó)際計(jì)量局則負(fù)責(zé)維護(hù)全球統(tǒng)一的國(guó)際原子時(shí)TAI及其衍生出的協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（其中UTC還需根據(jù)需要進(jìn)行閏秒調(diào)整），而各國(guó)或地區(qū)自行建立的原子時(shí)則被稱為地方原子時(shí)，標(biāo)識(shí)為TA(k)或UTC(k)，k代表各自守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的編號(hào)，UTC(k)需與UTC保持同步。 中國(guó)計(jì)量院建立并保持的本地協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(NIM)，是協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC的一種本地化實(shí)現(xiàn)，是我國(guó)的時(shí)間頻率計(jì)量基準(zhǔn)，而北京時(shí)間則是UTC加上8小時(shí)的時(shí)差。

計(jì)量院自1980年起建立了地方原子時(shí)系統(tǒng)，并于次年通過國(guó)家鑒定，1983年原國(guó)家計(jì)量局授權(quán)其作為我國(guó)時(shí)間頻率傳遞的工作基準(zhǔn)。TA(NIM)與UTC(NIM)的生成過程與國(guó)際原子時(shí)類似，均依賴于多臺(tái)高精度原子鐘的加權(quán)平均計(jì)算，形成極為穩(wěn)定的時(shí)間尺度。這些時(shí)間的準(zhǔn)確度通過雙重途徑校準(zhǔn)：一是利用國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的國(guó)家時(shí)頻基準(zhǔn)設(shè)備，二是通過比對(duì)國(guó)際原子時(shí)來實(shí)現(xiàn)。通過國(guó)際原子時(shí)比對(duì)來校準(zhǔn)為主要校準(zhǔn)手段。至2004年，計(jì)量院采用包括3臺(tái)銫原子鐘和2臺(tái)氫原子鐘在內(nèi)的5臺(tái)原子鐘守時(shí)，它們均被安置在精密控制的恒溫、屏蔽環(huán)境中。北京時(shí)間通過電視、互聯(lián)網(wǎng)及電話網(wǎng)絡(luò)等多種渠道向全國(guó)范圍傳遞，與此同時(shí)，也在開展用GPS共視法進(jìn)行遠(yuǎn)距離高精度傳遞研究。

2012年，中國(guó)計(jì)量院于昌平院區(qū)建立了新的國(guó)家原子時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)裝置。該基準(zhǔn)裝置引入了先進(jìn)的原子時(shí)計(jì)算方法，擴(kuò)建了守時(shí)鐘組（6臺(tái)氫原子鐘和7臺(tái)銫原子鐘）順利完成了新舊時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)裝置的無縫對(duì)接，UTC與UTC(NIM)偏差在10納秒以內(nèi)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。新UTC（NIM）時(shí)間基準(zhǔn)積極參與國(guó)際原子時(shí)合作，確保了時(shí)間的國(guó)際可溯源性，并對(duì)協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC的發(fā)展做出了顯著貢獻(xiàn)，同時(shí)作為國(guó)內(nèi)時(shí)間頻率量值體系的源頭，提供了穩(wěn)定、精確且可靠的基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)。2016年，與噴泉團(tuán)隊(duì)共同完成的“新一代國(guó)家時(shí)間頻率基準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

此外，中國(guó)計(jì)量院于2013年憑借基于載波相位技術(shù)的方案，主導(dǎo)了歐亞四國(guó)間的銫原子噴泉鐘國(guó)際比對(duì)項(xiàng)目，這標(biāo)志著中國(guó)首次在國(guó)際舞臺(tái)上成功主導(dǎo)實(shí)施了基準(zhǔn)鐘的跨國(guó)比對(duì)。2014年，中國(guó)計(jì)量院被BIPM認(rèn)定為全球九家一級(jí)GNSS時(shí)間傳遞鏈路校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室之一，承擔(dān)起亞太區(qū)域內(nèi)二類實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)任務(wù)，進(jìn)一步鞏固了計(jì)量院在全球時(shí)間傳遞與校準(zhǔn)領(lǐng)域的權(quán)威地位。

中國(guó)計(jì)量院所維護(hù)的銫噴泉鐘秒長(zhǎng)國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)和國(guó)際原子時(shí)合作返回的UTC-UTC(NIM)數(shù)據(jù)對(duì)原子時(shí)標(biāo)國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)UTC(NIM)進(jìn)行駕馭(校準(zhǔn))，確保了UTC(NIM)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。，目前UTC(NIM)與UTC之間的偏差被嚴(yán)格控制在±3納秒以內(nèi)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度優(yōu)于2納秒。（作者：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 張?jiān)剑?/p>