原子時(ATI)，以物質(zhì)的原子內(nèi)部發(fā)射的電磁振蕩頻率為基準(zhǔn)的時間計量系統(tǒng)。原子時的初始歷元規(guī)定為1958年1月1日世界時0時，秒長定義為銫-133原子基態(tài)的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9，192，631，770周所持續(xù)的時間。這是一種均勻的時間計量系統(tǒng)。

格林尼治時間以英國首都倫敦市郊格林尼治天文臺命名。1884年華盛頓國際經(jīng)度會議確定格林尼治時間為國際標(biāo)準(zhǔn)時間。

1924年2月5日起，格林尼治天文臺每隔一小時向全球發(fā)布調(diào)時信息。格林尼治時間作為全球通用的時間參考標(biāo)準(zhǔn)已使用120多年。如今，這一以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)的“世界時”可能由以原子振蕩周期為依據(jù)的“原子時”徹底取代。

20世紀(jì)70年代一項國際協(xié)議確定世界時和原子時兩種時間計量系統(tǒng)。世界時受地球自轉(zhuǎn)速度減緩影響，有一定誤差;原子時用原子能級躍遷振動頻率計時，1000萬年誤差1秒，相對精準(zhǔn)。為協(xié)調(diào)兩種標(biāo)準(zhǔn)，格林尼治天文臺1972年引入閏秒概念，人工干預(yù)原子時，即在地球自轉(zhuǎn)減慢致使世界時多出1秒時，把原子時撥慢1秒。

對普通人而言，快一秒、慢一秒不會影響生活。對授時機構(gòu)、通信、航天、電子等時間精度要求較高的領(lǐng)域而言，調(diào)校時間不是容易的事。例如，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電信網(wǎng)絡(luò)的時間要調(diào)校精確至毫秒，如何避免誤差成為不小挑戰(zhàn)。

國際電信聯(lián)盟定于明年1月在瑞士日內(nèi)瓦表決是否以原子時替代世界時。如果表決通過，意味著全球時間計量系統(tǒng)不再以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)，僅由原子鐘確定;原子時計量機構(gòu)國際計量局將取代倫敦格林尼治天文臺，成為新任“時間守護者”。

1、國際原子時基本概念

原子時，指的是以原子頻標(biāo)為基礎(chǔ)建立的時間標(biāo)準(zhǔn)。1967年第十三屆國際計量大會CGPM確定了以銫原子輻射為基礎(chǔ)的秒長定義，即銫133原子基態(tài)的兩個超精細能級間在海平面、零磁場下躍遷輻射9，192，631，770周所持續(xù)的時間為原子時秒，并把它規(guī)定為國際單位制時間單位SI、原子時的時間起點定義在1958年1月1日0時(UT)，即規(guī)定在這一瞬間，原子時和世界時重合。

為保持全世界時間尺度的統(tǒng)一，國際計量局BIPM聯(lián)合數(shù)十個國家和地區(qū)的時頻實驗室來共同建立統(tǒng)一的國際原子時，即TAI。

由于國際原子時TAI與理想時標(biāo)地球時TT有相同的種速，因此，TAI可視為理想時標(biāo)TT的具體實現(xiàn)。

2、國際原子時實現(xiàn)方法

國際原子時的實現(xiàn)由國際計量局負責(zé)、目前，全世界約有30多個國家和地區(qū)的70個時頻實驗室、350臺原子鐘參與BIPM的TAl時間比對和綜合原子時計算。.

分布在世界各地時頻實驗室的原子鐘通過內(nèi)部時間比對和遠程時間比對，將數(shù)據(jù)匯集到BIPM，BlPM通過原子鐘比對。數(shù)據(jù)的綜合處理，得到自由原子時(EAL)。EAL具有最優(yōu)的頻率穩(wěn)定性，但相對與秒基準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度上缺少約束，因此，需要再根據(jù)頻率基準(zhǔn)裝置(PFS)對EAL進行頻率駕馭，最終得到TAI。目前，約有12臺頻率基準(zhǔn)裝置(PFS)對EAL進行頻率駕馭，其中有9臺為銫基準(zhǔn)，分別由法國、德國、意大利、日本、美國維持TAI的綜合原子時處理方法為ALGOS算法，TAI的基本處理流程見下圖。

隨著原子鐘質(zhì)量的不斷提高和遠程時間比對技術(shù)的不斷更新，BIPM多次蜓新TAI汁算方法和取權(quán)規(guī)則，縮短了計算周期和數(shù)據(jù)點的時間間隔，1998年以后TAI每月算一次。

各實驗室之間主要通過通過衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞(TWSTFT)、GPS時間傳遞等方法進行精密時間比對，比對鏈路關(guān)系見下圖。

由圖可見，歐洲地區(qū)時頻實驗室和比對鏈路分布最為密集，主要以PTB為中心節(jié)點進行時間比對、北美地區(qū)時間比對以USNO和NlST為主要節(jié)點，亞洲地區(qū)時間比對以日本CRL為主要節(jié)點。

在各種比對手段中，衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞方法精度最高，但設(shè)備較為昂貴，約占15%比例;GPS SC(單頻單通道C/A碼)時間傳遞方法所占比例約為36%;GPS MC(單頻多通道C/A碼)時間傳遞方法所占比例約為33%;GPS P3(多頻多通道P3碼)時間傳遞方法所占比例約為9%;其它時間傳遞方法所占比例約為7%。

3、國際原子時性能要求

TAI可適應(yīng)最高要求的應(yīng)用，TAI的綜合性能主要體現(xiàn)在以下五個方面：

①連續(xù)性(Continuity)

②可靠性(Reliability)

③可用性(Accessibility)

④頻率穩(wěn)定度(Frequency stability)

⑤頻率準(zhǔn)確度(Frequency accuracy)

時間作為一個連續(xù)量，一旦中斷便難以找回，TAI是國際時間的最高基準(zhǔn)，對連續(xù)性的要求更高，因此連續(xù)性是TAI時間尺度要求的首要指標(biāo)。

可靠性主要體現(xiàn)在時間系統(tǒng)的實現(xiàn)上，時間系統(tǒng)必須保障長期的正常運行，才能提供有效的時間參考基準(zhǔn)。TAI是通過全世界的數(shù)十個鐘組共同保持，不會因為個別鐘組故障而影響系統(tǒng)整體功能，可靠性能夠得到充分的保障。

可用性主要體現(xiàn)在用戶對時間的使用方面。由于TAI代表的是紙面時，不能直接為用戶使用，因此，一般要通過主鐘系統(tǒng)輸出實時信號和鐘差改正數(shù)，并連接到各類授時系統(tǒng)，通過授時信號為用戶提供時間服務(wù)，如衛(wèi)星授時、長波授時、網(wǎng)絡(luò)授時等方式。

頻率穩(wěn)定度主要反映了頻率的均勻性。單個原子鐘通常頻率抖動較大，通過原子鐘組的平均可以獲得更高的頻率穩(wěn)定度，TAI的ALGOS算法就是基于加權(quán)平均的方法而設(shè)計的。當(dāng)前，TAI的頻率穩(wěn)定度約為0.4×10-15(20days~40days)。

頻率準(zhǔn)確度主要反映了頻率與秒定義的一致性。秒定義通過頻率基準(zhǔn)裝置實現(xiàn)，TAI通過與頻率基準(zhǔn)裝置的比對和駕馭修正，來保證與原子時秒SI的高度一致性。當(dāng)前，TAI的頻率準(zhǔn)確度約為2×10-15。

1、地方原子時概念

根據(jù)原子時的基本定義，由世界各國家或地區(qū)的時頻間實驗室利用自身的高性能氫、銫等原子鐘建立和保持的原子時，稱為地方原子時，地方原子時一般記為TA(k)。

2、地方原子時實現(xiàn)

為滿足生產(chǎn)、生活、國防建設(shè)多方面的需要，世界上大多數(shù)國家都建有自己的時頻實驗室，用于建立和產(chǎn)生地方原子時，許多國家和地方的時頻實驗室還直接參與國際比對，用于TAI的保持。

中國的時頻實驗室主要有中科院國家授時中心、國家計量院、航天科技集團203所等單位，分別建立了各自的守時系統(tǒng)，保持的地方原子時分別記為TA(NTSC)、TA(NIM)、TA(BIRM)，并參與國際原子時的時間比對和計算。此外，還有國防部門建立和維持的時頻系統(tǒng)為國防建設(shè)服務(wù)，如軍用標(biāo)準(zhǔn)時間。

目前，中科院國家授時中心有19臺銫鐘，4臺氫鐘，TA(NTSC)頻率月穩(wěn)定度在10-15(30d)量級，并與TAI的時間偏差基本控制在±20ns以內(nèi)。中國計量科學(xué)研究院保存著中國時間頻率的計量基準(zhǔn)，計量院研制的NIM5銫原子頻率基準(zhǔn)準(zhǔn)確度優(yōu)于5×10-15，通過NIM5對其保持的地方原子時進行校準(zhǔn)。由軍方建立的軍用標(biāo)準(zhǔn)時間已經(jīng)被明確規(guī)定作為中國人民解放軍的統(tǒng)一使用的標(biāo)準(zhǔn)時間，在我國國防建設(shè)中使用。