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

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

      實際上，導(dǎo)航衛(wèi)星（如北斗）提供的是授時信息，手機從授時信息中導(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。

 

      大家對導(dǎo)航定位都比較熟悉了，那么授時是什么呢？

      授時就是傳遞時間信息，嚴格來說就是將某一標(biāo)準時間信號傳遞給需要時間信息的用戶（包括手機、電腦、電視機等），以使得整個系統(tǒng)的時間同步。就好比，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)你手機的時間比公司打卡機的時間慢了2秒，為了每天能準時打卡上班，你把手機的時間校準成公司打卡機的時間，這個過程就是一種授時。

     授時對整個人類社會都有著至關(guān)重要的作用，堪比秦始皇統(tǒng)一度量衡。如果沒有準確的授時，人們將無法合理的安排生產(chǎn)生活，人類社會也必然陷入混亂。比如同樣是標(biāo)準時間早上10點，手機慢3小時的人可能還在睡覺，手機快3小時的人已經(jīng)上了半天班了。有的人是上班的時間，有的人是吃飯的時間，有的人是睡覺的時間，就會一片混亂。所以我們需要授時，需要一個統(tǒng)一的標(biāo)準時間，授時技術(shù)也伴隨著我們?nèi)祟惿鐣诓粩喟l(fā)展。

    目前普遍使用的授時方式——衛(wèi)星授時。

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

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

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

 

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

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

 

對于動態(tài)移動中的用戶，在完成授時的同時需要獲得其位置信息。我們知道，距離等于速度乘以時間。無線電傳播速度（光速c）已知，通過測量無線信號從衛(wèi)星發(fā)射到用戶的時間，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），加上信號接收時間T，總共有4個未知數(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接收信號時在該星地坐標(biāo)系中的位置和標(biāo)準時間了。如果接收機的位置固定且已知，則只需要一顆衛(wèi)星就能完成精準授時。衛(wèi)星數(shù)量越多，時間測量越精密，位置計算也就越精確。至少有8顆以上的北斗衛(wèi)星在運行著！

      以上就是北斗授時系統(tǒng)的單向授時原理，即：用戶接收到北斗的廣播信號后，自主修正本地時間與標(biāo)準時間的時間差，實現(xiàn)時間同步。GPS等導(dǎo)航衛(wèi)星也是采用這種授時方式。

為什么要使用北斗衛(wèi)星進行授時？

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

在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，如果基站的時間不同步，指令匹配就會出錯，通信網(wǎng)絡(luò)就無法正常運行。

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果沒有精準統(tǒng)一的時間基準，各種自動化進程運行不同步，就可能發(fā)生電網(wǎng)事故，嚴重時將導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓。

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

 因此，高精度授時技術(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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