原子时

　　原子时(ATI)，以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时间计量系统。原子时的初始历元规定为1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯-133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9，192，631，770周所持续的时间。这是一种均匀的时间计量系统。

原子时与格林尼治时间

　　格林尼治时间以英国首都伦敦市郊格林尼治天文台命名。1884年华盛顿国际经度会议确定格林尼治时间为国际标准时间。

　　1924年2月5日起，格林尼治天文台每隔一小时向全 球发布调时信息。格林尼治时间作为全 球通用的时间参考标准已使用120多年。如今，这一以地球自转为依据的“世界时”可能由以原子振荡周期为依据的“原子时”彻底取代。

　　20世纪70年代一项国际协议确定世界时和原子时两种时间计量系统。世界时受地球自转速度减缓影响，有一定误差;原子时用原子能级跃迁振动频率计时，1000万年误差1秒，相对jing准。为协调两种标准，格林尼治天文台1972年引入闰秒概念，人工干预原子时，即在地球自转减慢致使世界时多出1秒时，把原子时拨慢1秒。

　　对普通人而言，快一秒、慢一秒不会影响生活。对授时机构、通信、航天、电子等时间精度要求较高的领域而言，调校时间不是容易的事。例如，全 球卫星定位系统、电信网络的时间要调校精确至毫秒，如何避免误差成为不小挑战。

　　国际电信联盟定于明年1月在瑞士日内瓦表决是否以原子时替代世界时。如果表决通过，意味着全 球时间计量系统不再以地球自转为依据，仅由原子钟确定;原子时计量机构国际计量局将取代伦敦格林尼治天文台，成为新任“时间守护者”。

国际原子时

　　1、国际原子时基本概念

　　原子时，指的是以原子频标为基础建立的时间标准。1967年第十三届国际计量大会CGPM确定了以铯原子辐射为基础的秒长定义，即铯133原子基态的两个超精细能级间在海平面、零磁场下跃迁辐射9，192，631，770周所持续的时间为原子时秒，并把它规定为国际单位制时间单位SI、原子时的时间起点定义在1958年1月1日0时(UT)，即规定在这一瞬间，原子时和世界时重合。

　　为保持全世界时间尺度的统一，国际计量局BIPM联合数十个国家和地区的时频实验室来共同建立统一的国际原子时，即TAI。

　　由于国际原子时TAI与理想时标地球时TT有相同的种速，因此，TAI可视为理想时标TT的具体实现。

　　2、国际原子时实现方法

　　国际原子时的实现由国际计量局负责、目前，全世界约有30多个国家和地区的70个时频实验室、350台原子钟参与BIPM的TAl时间比对和综合原子时计算。.

　　分布在世界各地时频实验室的原子钟通过内部时间比对和远程时间比对，将数据汇集到BIPM，BlPM通过原子钟比对。数据的综合处理，得到自由原子时(EAL)。EAL具有Z优的频率稳定性，但相对与秒基准的频率准确度上缺少约束，因此，需要再根据频率基准装置(PFS)对EAL进行频率驾驭，Z终得到TAI。目前，约有12台频率基准装置(PFS)对EAL进行频率驾驭，其中有9台为铯基准，分别由法国、德国、意大利、日本、美国维持TAI的综合原子时处理方法为ALGOS算法，TAI的基本处理流程见下图。

　　随着原子钟质量的不断提高和远程时间比对技术的不断更新，BIPM多次蜓新TAI汁算方法和取权规则，缩短了计算周期和数据点的时间间隔，1998年以后TAI每月算一次。

　　各实验室之间主要通过通过卫星双向时间频率传递(TWSTFT)、GPS时间传递等方法进行精密时间比对，比对链路关系见下图。

　　由图可见，欧洲地区时频实验室和比对链路分布Z为密集，主要以PTB为ZX节点进行时间比对、北美地区时间比对以USNO和NlST为主要节点，亚洲地区时间比对以日本CRL为主要节点。

　　在各种比对手段中，卫星双向时间频率传递方法精度Z高，但设备较为昂贵，约占15%比例;GPS SC(单频单通道C/A码)时间传递方法所占比例约为36%;GPS MC(单频多通道C/A码)时间传递方法所占比例约为33%;GPS P3(多频多通道P3码)时间传递方法所占比例约为9%;其它时间传递方法所占比例约为7%。

　　3、国际原子时性能要求

　　TAI可适应Z高要求的应用，TAI的综合性能主要体现在以下五个方面：

　　①连续性(Continuity)

　　②可靠性(Reliability)

　　③可用性(Accessibility)

　　④频率稳定度(Frequency stability)

　　⑤频率准确度(Frequency accuracy)

　　时间作为一个连续量，一旦中断便难以找回，TAI是国际时间的Z高基准，对连续性的要求更高，因此连续性是TAI时间尺度要求的首要指标。

　　可靠性主要体现在时间系统的实现上，时间系统必须保障长期的正常运行，才能提供有效的时间参考基准。TAI是通过全世界的数十个钟组共同保持，不会因为个别钟组故障而影响系统整体功能，可靠性能够得到充分的保障。

　　可用性主要体现在用户对时间的使用方面。由于TAI代表的是纸面时，不能直接为用户使用，因此，一般要通过主钟系统输出实时信号和钟差改正数，并连接到各类授时系统，通过授时信号为用户提供时间服务，如卫星授时、长波授时、网络授时等方式。

　　频率稳定度主要反映了频率的均匀性。单个原子钟通常频率抖动较大，通过原子钟组的平均可以获得更高的频率稳定度，TAI的ALGOS算法就是基于加权平均的方法而设计的。当前，TAI的频率稳定度约为0.4×10^-15(20days~40days)。

　　频率准确度主要反映了频率与秒定义的一致性。秒定义通过频率基准装置实现，TAI通过与频率基准装置的比对和驾驭修正，来保证与原子时秒SI的高度一致性。当前，TAI的频率准确度约为2×10^-15。

地方原子时

　　1、地方原子时概念

　　根据原子时的基本定义，由世界各国家或地区的时频间实验室利用自身的高性能氢、铯等原子钟建立和保持的原子时，称为地方原子时，地方原子时一般记为TA(k)。

　　2、地方原子时实现

　　为满足生产、生活、国防建设多方面的需要，世界上大多数国家都建有自己的时频实验室，用于建立和产生地方原子时，许多国家和地方的时频实验室还直接参与国际比对，用于TAI的保持。

　　ZG的时频实验室主要有中科院国家授时ZX、国家计量院、航天科技集团203所等单位，分别建立了各自的守时系统，保持的地方原子时分别记为TA(NTSC)、TA(NIM)、TA(BIRM)，并参与国际原子时的时间比对和计算。此外，还有国防部门建立和维持的时频系统为国防建设服务，如军 用标准时间。

　　目前，中科院国家授时ZX有19台铯钟，4台氢钟，TA(NTSC)频率月稳定度在10^-15(30d)量级，并与TAI的时间偏差基本控制在±20ns以内。ZG计量科学研究院保存着ZG时间频率的计量基准，计量院研制的NIM5铯原子频率基准准确度优于5×10^-15，通过NIM5对其保持的地方原子时进行校准。由军方建立的军 用标准时间已经被明确规定作为ZG人民解放军的统一使用的标准时间，在我国国防建设中使用。