北斗卫星时钟——揭开“授时”的神秘面纱

      如今，通信系统、电力系统、金融系统、导航系统等，其有效运行都依赖于高精度时间同步。我们可以通过钟表、手机、电脑、广播以及新闻联播等方式来查看时间信息（北京时间）。

       那么，这些时间信息又是从哪里来的呢？为什么我们可以随时随地都能获取准确的时间信息？这得益于高精度的授时服务，今天我们就来揭开“授时”的神秘面纱。

     大家都知道我国的北斗导航卫星，是用于定位导航的。那么北斗是怎么进行定位导航的呢？

实际上，导航卫星（如北斗）提供的是授时信息，手机从授时信息中导出位置信息，导航APP再根据位置信息提供日常的定位、导航功能。

 

大家对导航定位都比较熟悉了，那么授时到底是什么呢？

01 什么是授时？

      授时就是传递时间信息，严格来说就是将某一标准时间信号传递给需要时间信息的用户（包括手机、电脑、电视机等），以使得整个系统的时间同步。

      在这个通信网络规模不断扩大的时代，通讯设备类型日益趋多，不同类型的通讯产品要求能在同一个网管平台上做到统一管理的需求不断增加。因此，大到国家运转、小到日常生活，都离不开高精度授时的支持。

      举一个例子，当你发现手机的时间比公司打卡机的时间慢了2秒，为了每天能够准时打卡上班，你将手机的时间校准成公司打卡机的时间，这个过程其实就是一种授时。

     授时对整个人类社会都有着至关重要的作用，堪比秦始皇统一度量衡。如果没有准确的授时，人们将无法合理地安排生产生活，人类社会也必然陷入混乱。
 

       比如同样是标准时间早上10点，手机慢3小时的人可能还在睡觉，手机快3小时的人已经上班半天了。若然有的人是上班的时间，有的人却是吃饭的时间，有的人还是睡觉的时间，将会打乱人们生产和生活的时间安排，造成一片混乱。因此，我们需要授时，需要一个统一的标准时间，授时技术也伴随着我们人类社会在不断进步和发展。

02 授时技术在社会中的发展历程

    授时技术在一定程度上体现着人类社会的活动范围、科学技术的整体水平。不同授时方式的变革与该时期的社会发展、科技进步息息相关。 

在生产力低下、科技不发达的古代，就出现过许多不同的授时方式。

（1）晨钟暮鼓与打更报时

    “以钟鼓司晨”的历史由来已久。汉唐时期，古都长安（陕西西安的古称）就存在钟楼和鼓楼。早晨敲钟，城门打开，一天的生活开始；夜晚击鼓，宵禁实行，所有人禁止随意走动。每个时辰都有不同的钟声和鼓声提醒人们时间，能够很好地为一座都城提供报时服务。

       咚！咚！咚！关好门窗，天干物燥，小心火烛！”，这就是古代打更的作用——提醒防火防盗。然而打更还有另一重要作用——报时，更夫们在每一更用敲梆子的方式告诉人们时间。人们根据更夫不同的打更声就可获取时间信息。

（2）午炮报时与落球报时

 

      明清两朝北京城内曾采用午时鸣炮取代钟鼓。人们依靠“午炮报时”安排生活：工人听到午炮下班，戏园子听到午炮拉幕开戏。两尊炮设在宣武门城楼上，人称“宣武响炮”。午时鸣炮一直延续到20世纪30年代，最终因费用过高而取消。

     17世纪后，航海业发展迅速，对报时要求越来越高。由于不同时间的海潮高度是不相同的，所以利用精确时间可以知道船只位置，避免触礁，“落球报时”便应运而生。它是利用码头、港口等地的高竿并挂上圆球，根据规定时刻升降圆球，人们就可根据圆球的高度和降落瞬间来调节船上钟表。

       虽然古代的许多授时方式都因自身的局限性而逐渐被完全取代，但是，毋庸置疑，这些方式一度成为当时不可或缺的授时手段。再次印证，传递时间信息，真的太重要了！

       到了20世纪初期，随着社会不断进步，人们开始利用掌握的通信手段和技术实现授时。

（3）无线电授时

     随着无线电进入实用阶段，古老的授时方式逐渐被取代，人们开始了一个崭新的时代——无线电授时。无线电授时方式分为长波、短波和低频时码等。

长波授时：长波是频率在30千赫兹-300千赫兹、波长在1千米~10千米的无线电波，其可通过地波（大地传导）和天波（电离层反射）传播。1910年，法国人首次在举世闻名的埃菲尔铁塔顶端选用长波无线电信号发射器实现报时。

短波授时：短波是波长在10米~100米的无线电波，也可通过地波和天波传播，其传播距离可达几万公里。美国曾在1920年尝试短波授时试验，并于1923年开始实施短波授时。

低频时码授时：低频时码授时系统通常是指工作频率在30千赫兹-300千赫兹的一类特殊的长波授时系统，利用微电子技术，具有传输稳定、覆盖范围广泛的特性。日常的电波挂钟、电波手表就是采用该授时方式。

目前，我国已分别建成BPL长波授时系统、BPM短波授时系统和BPC低频时码授时系统，从而满足人们对无线电授时的需求。

（4）网络授时

      如今网络已“飞入寻常百姓家”，网络授时就是利用网络时间协议（NTP, Network Time Protocol），自动修正同步用户的计算机时间，为用户提供授时服务。

       在Windows 10的日期和时间界面上，通过更改设置选中Internet时间服务器即可。智能手机也可通过设置来获取网络提供的授时服务。无需任何操作，便可随时随地查看时间。

（5）北斗卫星时钟授时

 

     许多现代的授时方式给人们的生活带来了深刻的影响和变化。随着人类将目光转向未知的太空，我们也迎来了目前普遍使用的授时方式——卫星授时。

       顾名思义，北斗卫星时钟授时就是一种利用人造卫星发播标准时间信息的授时方式。卫星授时也是目前最新、精度最高的授时方式，它的出现给各个需要精密时间的领域带来质的飞跃。

审核编辑 黄宇