在构建国家时间基准、打造自主可控的高精度地基授时系统的宏伟蓝图中，一条条穿越山河的光纤，如同精密的时间神经，连接着太原、石家庄、北京、武汉等关键节点，编织着大国重器的精准脉络。

高精度地基授时系统作为国家“十三五”重大科技基础设施建设项目，将构建多层次、立体交叉、安全可控的国家级授时体系，建成后将成为国际规模最大、性能最先进的地基授时系统，为卫星导航、深空探测等战略领域提供核心支撑。其中，光纤授时将为地基授时系统沿线用户提供我国精度最高的国家标准时间信号。

在这一重大工程的背后，离不开中国科学院国家授时中心（以下简称国家授时中心）全体科技攻关团队的默默付出。

“西安-北京”光纤授时项目团队出发测试前合影。国家授时中心供图

成立突击队 攻克噪音累积难题

“光纤授时稳定度达到惊人的皮秒级（1皮秒等于一万亿分之一秒），准确度优于100皮秒。这相当于在全国数千公里的距离上，将时间的同步误差控制在比眨眼快千万倍的级别！”高精度地基授时系统光纤授时项目总指挥、国家授时中心主任、首席科学家张首刚告诉《中国科学报》，如此高的精度，是国家金融交易、电力调度、通信网络、科学研究（如射电天文观测）等关键领域高效安全运行的基石，更是国家战略安全和科技自立自强的重要体现。

经规划，光纤授时系统全网光纤总长度约2.5万公里，实现优于100皮秒的高精度光纤授时服务，建设任务不仅距离长，难度也非常大。

建设初期，国家授时中心党委成立苗永瑞高精度地基授时科技攻关党员突击队（以下简称突击队），鼓励全体参研党员在国家重大任务中担当作为。突击队下设5个攻坚分队，其中光纤授时分队主要负责高精度光纤时间和频率传递骨干网建设工作。

光纤时间级联方式导致噪声累积怎么办？正式建设前，这一难题就挡在了队员面前。光纤授时分队队长郭新兴和队员加班加点集智攻关，在实地线路上进行多次验证，提出了一对多光电光时分多址轮询方式和时间净化方案，经过两个多月的努力，成功攻克了光纤时间级联带来的噪声累积难题，为后续大规模建设扫清了关键障碍。

2023年7月，“西安-北京”段光纤授时链路建设进入攻坚期。作为我国首条实地建设工程的光纤授时线路，其进度直接关系到整个地基授时系统工程的全局部署。面对这一重大任务，突击队全体党员全身心投入，在严格受限的作业环境中展开攻坚。

"进出需申请、专人跟随、禁止饮食饮水……"苛刻的施工条件考验着每个人的极限。项目负责人郭新兴回忆道："大家仿佛忘记了时间，从寻找机柜电源、布放跳线、攀高布线，到安装调试设备，每个环节都一丝不苟，这种敬业精神令人动容。"

最艰巨的挑战出现在介休中继站。由于线路上存在大量政企用户，为最大限度减少干扰，项目部将割接窗口安排在凌晨12点。"剥缆、切割、熔接、测试损耗……"郭新兴说，"尽管是深夜作业，但所有人都毫无怨言，因为我们都明白，每一个操作细节都关乎着这条国家重要授时线路的最终畅通。"

光纤授时分总体副总工程师刘涛（左）和机房人员在新疆进行测试。国家授时中心供图

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重压下的破局

“线路必须如期贯通！这关系到整个地基授时系统联调的全局！”项目协调会上，光纤授时分总体副总工程师刘涛告诉队员。

然而，摆在大家面前的是，一段关键路由突遭变故——机房空调故障叠加外部事故导致光纤断裂，指标告急，贯通受阻。

平日沉稳的刘涛也禁不住在临时指挥部院子里焦灼踱步，电话一个接一个打给中国移动集团项目经理郭秋平。郭新兴说：“那几天，刘老师嗓子全哑，感觉急得头发都要竖了起来了。“

“光纤损耗点偏大，明早复测！”“太原方向下个站点人手确认！”“北京节点机房手续、电源、跳纤再核查……”任务安排妥当，复盘结束后已是凌晨一点多，刘涛这才驾车回家。

最终，刘涛带领团队与各站点安装测试人员紧密配合，一遍遍沟通、协调、尝试替代方案，终于为这条横贯国家东西的"时间大动脉"扫清了障碍。

“我们的征途，是每一皮秒的精准”

2025年6月，团队再赴新疆阿克苏启动新的测试任务。这里的挑战更为严峻：有4段架空光缆，往返总距离达到了680公里（相当于北京到郑州的距离），其中单段光纤最长距离超过了100公里。更棘手的是，当地昼夜温差极大，当天的天气温度日波动达16℃。如此大的温差，再加上架空光纤带来的震动的影响，对依赖光纤物理特性的时间传递是巨大考验。

实验初步测试表明，这680公里架空光纤的总时延波动范围高达449.8纳秒（1 纳秒 = 10?? 秒），温度时延系数约为28.1 ns/℃。这意味着，温度仅变化1℃，这段架空光缆的时延变化就接近30纳秒。在温度快速升降的环境下，常规的控制算法难以快速响应，无法维持系统所需的皮秒级高稳定度。

郭新兴（左二）和同事们对光纤时间传递设备进行出厂测试。国家授时中心供图

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“当时我站在茫茫的戈壁滩上，看着时间间隔计数仪器上跳动的数据，压力非常大，就像延绵不绝的沙漠一样茫然。”郭新兴回忆。

刘涛安慰道：“办法总比困难多，我们必须啃下这块硬骨头。”

面对沙漠中的“温差魔咒”，团队在恶劣环境中搭建起实地测试平台，他们反复测量、记录数据，深入分析温度波动与时延的关系。

团队结合实测数据，对大动态时差范围测量和补偿核心算法进行优化，提升了时间测量分辨率和抗干扰能力，最终成功解决了时延快速补偿和同步的难题，保障了系统在极端环境下的高稳定度运行。

2023年7月10日，“西安-北京”光纤授时链路时间信号全线贯通；2024年8月1日，武汉段完成建设；2025年4月，安徽六安斑竹园完成建设……随着一个个站点的建设完成，标志着高精度地基授时系统工程取得重大阶段性胜利，为后续其他节点的联通与联调奠定了基础。

科学园的运控大屏亮起时，郭新兴高兴地说：“看到屏幕上跳动的、稳定在皮秒级的信号的那一刻，所有的辛苦都值了。”

展望未来，团队将继续完善全国网络覆盖，并向更高精度、更强稳定性的目标发起冲击。“国家的时间基准必须牢牢掌握在自己手中。我们的征途，是星辰大海，也是每一皮秒的精准。”刘涛说。

相关论文信息：https://doi.org/10.3788/COL202523.041404

                       https://doi.org/10.1088/0256-307X/42/1/014202