【衛(wèi)星時(shí)鐘知識(shí)課堂】除了定位導(dǎo)航，北斗衛(wèi)星還能授時(shí)？

     眾所周知，我們可以通過鐘表、手機(jī)、電腦、廣播以及新聞聯(lián)播等方式來獲取時(shí)間信息（北京時(shí)間），那大家有沒有想過，這些時(shí)間信息又是從哪里來的呢？為啥我們隨時(shí)隨地都能獲取準(zhǔn)確的時(shí)間信息呢？今天咱們來聊一聊授時(shí)。

      實(shí)際上，導(dǎo)航衛(wèi)星（如北斗）提供的是授時(shí)信息，手機(jī)從授時(shí)信息中導(dǎo)出位置信息，導(dǎo)航APP再根據(jù)位置信息提供日常的定位、導(dǎo)航功能。

 

      大家對(duì)導(dǎo)航定位都比較熟悉了，那么授時(shí)是什么呢？

      授時(shí)就是傳遞時(shí)間信息，嚴(yán)格來說就是將某一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)傳遞給需要時(shí)間信息的用戶（包括手機(jī)、電腦、電視機(jī)等），以使得整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步。就好比，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)你手機(jī)的時(shí)間比公司打卡機(jī)的時(shí)間慢了2秒，為了每天能準(zhǔn)時(shí)打卡上班，你把手機(jī)的時(shí)間校準(zhǔn)成公司打卡機(jī)的時(shí)間，這個(gè)過程就是一種授時(shí)。

     授時(shí)對(duì)整個(gè)人類社會(huì)都有著至關(guān)重要的作用，堪比秦始皇統(tǒng)一度量衡。如果沒有準(zhǔn)確的授時(shí)，人們將無法合理的安排生產(chǎn)生活，人類社會(huì)也必然陷入混亂。比如同樣是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間早上10點(diǎn)，手機(jī)慢3小時(shí)的人可能還在睡覺，手機(jī)快3小時(shí)的人已經(jīng)上了半天班了。有的人是上班的時(shí)間，有的人是吃飯的時(shí)間，有的人是睡覺的時(shí)間，就會(huì)一片混亂。所以我們需要授時(shí)，需要一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，授時(shí)技術(shù)也伴隨著我們?nèi)祟惿鐣?huì)在不斷發(fā)展。

    目前普遍使用的授時(shí)方式——衛(wèi)星授時(shí)。

     顧名思義，衛(wèi)星授時(shí)就是一種利用人造衛(wèi)星發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息的授時(shí)方式。衛(wèi)星授時(shí)也是目前最新、精度最高的授時(shí)方式。它的出現(xiàn)給各個(gè)需要精密時(shí)間的領(lǐng)域帶來質(zhì)的飛躍。全球存在四種衛(wèi)星授時(shí)的系統(tǒng)：

（1）美國的GPS系統(tǒng)

（2）俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)

（3）歐盟的伽利略系統(tǒng)

（3）中國的北斗系統(tǒng)

 

什么是北斗授時(shí)？

     北斗三號(hào)系統(tǒng)的授時(shí)參數(shù)：在全球范圍內(nèi)，北斗系統(tǒng)的授時(shí)精度優(yōu)于20納秒；在亞太地區(qū)，授時(shí)精度優(yōu)于10納秒，即億分之一秒。

北斗授時(shí)系統(tǒng)傳遞的是國家授時(shí)中心發(fā)播的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，也就是目前國際通用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間——協(xié)調(diào)世界時(shí)（Universal Time Coordinated，UTC）。

 

北斗授時(shí)的精度可以達(dá)到10納秒的量級(jí)，要實(shí)現(xiàn)如此高精度的時(shí)間測量，只有原子鐘能做到。原子鐘是目前世界上最精密的計(jì)時(shí)裝置，精密到幾百萬年才差1秒！而我們平時(shí)用的鐘表，精度高的每天也會(huì)有0.1秒左右的誤差。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，如果時(shí)間測量有1秒誤差，就意味著定位會(huì)偏離30萬公里！

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星上配有星載原子鐘，以確保北斗授時(shí)系統(tǒng)有精確的時(shí)間源。導(dǎo)航衛(wèi)星將攜帶了精確標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息及衛(wèi)星位置信息的信號(hào)發(fā)播出去，接收機(jī)通過解算自己和衛(wèi)星的鐘差，就可以修正本地時(shí)間，完成授時(shí)。

 

對(duì)于動(dòng)態(tài)移動(dòng)中的用戶，在完成授時(shí)的同時(shí)需要獲得其位置信息。我們知道，距離等于速度乘以時(shí)間。無線電傳播速度（光速c）已知，通過測量無線信號(hào)從衛(wèi)星發(fā)射到用戶的時(shí)間，就可以得到衛(wèi)星與用戶之間的距離。

      假設(shè)在由北斗衛(wèi)星搭建的星地坐標(biāo)系中，用戶的位置坐標(biāo)是（x,y,z），加上信號(hào)接收時(shí)間T，總共有4個(gè)未知數(shù)。因此只要集齊4顆北斗衛(wèi)星，就能精確解算出用戶接收機(jī)接收信號(hào)時(shí)在該星地坐標(biāo)系中的位置和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間了。如果接收機(jī)的位置固定且已知，則只需要一顆衛(wèi)星就能完成精準(zhǔn)授時(shí)。衛(wèi)星數(shù)量越多，時(shí)間測量越精密，位置計(jì)算也就越精確。至少有8顆以上的北斗衛(wèi)星在運(yùn)行著！

      以上就是北斗授時(shí)系統(tǒng)的單向授時(shí)原理，即：用戶接收到北斗的廣播信號(hào)后，自主修正本地時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。GPS等導(dǎo)航衛(wèi)星也是采用這種授時(shí)方式。

為什么要使用北斗衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)？

我們?nèi)粘Ｉ畲_實(shí)不需要這么精密的時(shí)間，但時(shí)間作為國際單位制中7個(gè)基本量之一，滲透于社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。在航天、電力、金融交易、戰(zhàn)場調(diào)度、公共交通以及移動(dòng)通信活動(dòng)中，高精度授時(shí)都非常重要。

在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，如果基站的時(shí)間不同步，指令匹配就會(huì)出錯(cuò)，通信網(wǎng)絡(luò)就無法正常運(yùn)行。

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果沒有精準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，各種自動(dòng)化進(jìn)程運(yùn)行不同步，就可能發(fā)生電網(wǎng)事故，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓。

在金融系統(tǒng)中，如果時(shí)間不同步，交易記錄就會(huì)混亂，黑客就可以利用時(shí)間差盜竊資金。

 因此，高精度授時(shí)技術(shù)帶給我們的，不僅僅是效率和便利，更重要的是安全！

 

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