在構建國家時間基準、打造自主可控的高精度地基授時系統的宏偉藍圖中，一條條穿越山河的光纖，如同精密的時間神經，連接著太原、石家莊、北京、武漢等關鍵節點，編織著大國重器的精準脈絡。
高精度地基授時系統作為國家“十三五”重大科技基礎設施建設項目，將構建多層次、立體交叉、安全可控的國家級授時體系，建成后將成為國際規模最大、性能最先進的地基授時系統，為衛星導航、深空探測等戰略領域提供核心支撐。其中，光纖授時將為地基授時系統沿線用戶提供我國精度最高的國家標準時間信號。
在這一重大工程的背后，離不開中國科學院國家授時中心（以下簡稱國家授時中心）全體科技攻關團隊的默默付出。
“西安-北京”光纖授時項目團隊出發測試前合影。國家授時中心供圖成立突擊隊 攻克噪音累積難題
“光纖授時穩定度達到驚人的皮秒級（1皮秒等于一萬億分之一秒），準確度優于100皮秒。這相當于在全國數千公里的距離上，將時間的同步誤差控制在比眨眼快千萬倍的級別！”高精度地基授時系統光纖授時項目總指揮、國家授時中心主任、首席科學家張首剛告訴《中國科學報》，如此高的精度，是國家金融交易、電力調度、通信網絡、科學研究（如射電天文觀測）等關鍵領域高效安全運行的基石，更是國家戰略安全和科技自立自強的重要體現。
經規劃，光纖授時系統全網光纖總長度約2.5萬公里，實現優于100皮秒的高精度光纖授時服務，建設任務不僅距離長，難度也非常大。
建設初期，國家授時中心黨委成立苗永瑞高精度地基授時科技攻關黨員突擊隊（以下簡稱突擊隊），鼓勵全體參研黨員在國家重大任務中擔當作為。突擊隊下設5個攻堅分隊，其中光纖授時分隊主要負責高精度光纖時間和頻率傳遞骨干網建設工作。
光纖時間級聯方式導致噪聲累積怎么辦？正式建設前，這一難題就擋在了隊員面前。光纖授時分隊隊長郭新興和隊員加班加點集智攻關，在實地線路上進行多次驗證，提出了一對多光電光時分多址輪詢方式和時間凈化方案，經過兩個多月的努力，成功攻克了光纖時間級聯帶來的噪聲累積難題，為后續大規模建設掃清了關鍵障礙。
2023年7月，“西安-北京”段光纖授時鏈路建設進入攻堅期。作為我國首條實地建設工程的光纖授時線路，其進度直接關系到整個地基授時系統工程的全局部署。面對這一重大任務，突擊隊全體黨員全身心投入，在嚴格受限的作業環境中展開攻堅。
"進出需申請、專人跟隨、禁止飲食飲水……"苛刻的施工條件考驗著每個人的極限。項目負責人郭新興回憶道："大家仿佛忘記了時間，從尋找機柜電源、布放跳線、攀高布線，到安裝調試設備，每個環節都一絲不茍，這種敬業精神令人動容。"
最艱巨的挑戰出現在介休中繼站。由于線路上存在大量政企用戶，為最大限度減少干擾，項目部將割接窗口安排在凌晨12點。"剝纜、切割、熔接、測試損耗……"郭新興說，"盡管是深夜作業，但所有人都毫無怨言，因為我們都明白，每一個操作細節都關乎著這條國家重要授時線路的最終暢通。"
光纖授時分總體副總工程師劉濤（左）和機房人員在新疆進行測試。國家授時中心供圖
重壓下的破局
“線路必須如期貫通！這關系到整個地基授時系統聯調的全局！”項目協調會上，光纖授時分總體副總工程師劉濤告訴隊員。
然而，擺在大家面前的是，一段關鍵路由突遭變故——機房空調故障疊加外部事故導致光纖斷裂，指標告急，貫通受阻。
平日沉穩的劉濤也禁不住在臨時指揮部院子里焦灼踱步，電話一個接一個打給中國移動集團項目經理郭秋平。郭新興說：“那幾天，劉老師嗓子全啞，感覺急得頭發都要豎了起來了。“
“光纖損耗點偏大，明早復測！”“太原方向下個站點人手確認！”“北京節點機房手續、電源、跳纖再核查……”任務安排妥當，復盤結束后已是凌晨一點多，劉濤這才駕車回家。
最終，劉濤帶領團隊與各站點安裝測試人員緊密配合，一遍遍溝通、協調、嘗試替代方案，終于為這條橫貫國家東西的"時間大動脈"掃清了障礙。
“我們的征途，是每一皮秒的精準”
2025年6月，團隊再赴新疆阿克蘇啟動新的測試任務。這里的挑戰更為嚴峻：有4段架空光纜，往返總距離達到了680公里（相當于北京到鄭州的距離），其中單段光纖最長距離超過了100公里。更棘手的是，當地晝夜溫差極大，當天的天氣溫度日波動達16℃。如此大的溫差，再加上架空光纖帶來的震動的影響，對依賴光纖物理特性的時間傳遞是巨大考驗。
實驗初步測試表明，這680公里架空光纖的總時延波動范圍高達449.8納秒（1 納秒 = 10?? 秒），溫度時延系數約為28.1 ns/℃。這意味著，溫度僅變化1℃，這段架空光纜的時延變化就接近30納秒。在溫度快速升降的環境下，常規的控制算法難以快速響應，無法維持系統所需的皮秒級高穩定度。
郭新興（左二）和同事們對光纖時間傳遞設備進行出廠測試。國家授時中心供圖
“當時我站在茫茫的戈壁灘上，看著時間間隔計數儀器上跳動的數據，壓力非常大，就像延綿不絕的沙漠一樣茫然。”郭新興回憶。
劉濤安慰道：“辦法總比困難多，我們必須啃下這塊硬骨頭。”
面對沙漠中的“溫差魔咒”，團隊在惡劣環境中搭建起實地測試平臺，他們反復測量、記錄數據，深入分析溫度波動與時延的關系。
團隊結合實測數據，對大動態時差范圍測量和補償核心算法進行優化，提升了時間測量分辨率和抗干擾能力，最終成功解決了時延快速補償和同步的難題，保障了系統在極端環境下的高穩定度運行。
2023年7月10日，“西安-北京”光纖授時鏈路時間信號全線貫通；2024年8月1日，武漢段完成建設；2025年4月，安徽六安斑竹園完成建設……隨著一個個站點的建設完成，標志著高精度地基授時系統工程取得重大階段性勝利，為后續其他節點的聯通與聯調奠定了基礎。
科學園的運控大屏亮起時，郭新興高興地說：“看到屏幕上跳動的、穩定在皮秒級的信號的那一刻，所有的辛苦都值了。”
展望未來，團隊將繼續完善全國網絡覆蓋，并向更高精度、更強穩定性的目標發起沖擊。“國家的時間基準必須牢牢掌握在自己手中。我們的征途，是星辰大海，也是每一皮秒的精準。”劉濤說。
相關論文信息：https://doi.org/10.3788/COL202523.041404
https://doi.org/10.1088/0256-307X/42/1/014202
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