编者按：为助力中国科学院与“两弹一星”纪念馆科普工作高质量发展，中国科学院国家授时中心向“两弹一星”纪念馆捐赠一件珍贵的展品：国庆35周年天安门广场庆祝游行时的“长波授时”彩车模型。为了专业解读这件展品背后蕴含的科技含量，“两弹一星”纪念馆特邀中国科学院国家授时中心党委书记、副主任窦忠撰写2篇科普文章，并通过“航天点亮梦想”主题月活动之“科普分享”特别节目刊出，以飨读者。今天继续推出“科普分享”第三辑的第二篇《长短波无线电授时》。

 

 

   授时技术的发展，经历了与时俱进、不断创新的进程。古代有“打更报时”“晨钟暮鼓”的报时方式，近代出现了“落球报时”“午炮报时”等报时方法。进入20世纪以后，随着无线电技术的迅速发展，授时技术迎来革命性变革。人们开始尝试运用无线电传递时间，这样覆盖范围更广，授时精度更高。1902年，法国人首先在埃菲尔铁塔上试验发播短波无线电授时信号并取得成功，从此开启了无线电授时时代。

   当前，国际电信联盟（ITU）无线电频率划分用于授时业务的频段见下图。

 

 

   国际电信联盟为短波授时业务划分的频率主要是2.5兆赫兹、5兆赫兹、10兆赫兹、15兆赫兹、20兆赫兹、25兆赫兹这6个频率。由于短波无线电授时覆盖范围广，授时发射设备较为简单，并且接收机也较为简单，因此短波授时是最早开展的无线电授时业务，并得到了广泛的应用。短波授时借助短波通信，其无线电波的传播方式有两种：地波和天波。地波沿地表传播，在传播路径上信号稳定，适合高精度时间频率信号传递的需求，但由于短波地波信号衰减较快较大，所以只适合授时台附近的用户使用，有效覆盖范围只有几十千米。天波是依靠电离层对短波的反射作用传播的，由于电离层可以多次反射短波，因此可以将授时信号传播到很远的地方。短波授时天波信号可以覆盖很大的范围，可达几千千米甚至上万千米。电离层不稳定导致短波天波授时信号不稳定且精度不高，短波天波授时精度在毫秒量级。

 

 

   国际电信联盟为长波授时业务划分的频率是100千赫兹。长波授时的地波信号沿着地球表面可以传播到很远的地方，尤其是在电导率较高的海面。同时，长波的地波信号由于幅度和相位都十分稳定，抗干扰能力强，因此用其传播标准时间和标准频率精度高。1957年，美国在其东海岸建成了第一个罗兰Loran（long range navigation）-C导航授时台。1982年，我国在陕西蒲城建成BPL长波授时台，正式发播标准时间频率信号。长波授时精度在微秒量级。

   2020年，国家授时中心承担的我国“十三五”重大科技基础设施项目——“高精度地基授时系统”可行性研究报告获批，将在甘肃敦煌、新疆库尔勒和西藏那曲建设三个增强型长波授时台，长波授时将实现对我国西部地区的全覆盖，授时精度将达到百纳秒量级。

 

 

 

 

作者简介

 

 

   窦忠，汉族，陕西黄陵人，现任中国科学院国家授时中心党委书记、副主任。