【卫星时钟知识课堂】除了定位导航，北斗卫星还能授时？

     众所周知，我们可以通过钟表、手机、电脑、广播以及新闻联播等方式来获取时间信息（北京时间），那大家有没有想过，这些时间信息又是从哪里来的呢？为啥我们随时随地都能获取准确的时间信息呢？今天咱们来聊一聊授时。

      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，那么授时是什么呢？

      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。就好比，当你发现你手机的时间比公司打卡机的时间慢了2秒，为了每天能准时打卡上班，你把手机的时间校准成公司打卡机的时间，这个过程就是一种授时。

     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，人们将无法合理的安排生产生活，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小时的人已经上了半天班了。有的人是上班的时间，有的人是吃饭的时间，有的人是睡觉的时间，就会一片混乱。所以我们需要授时，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发展。

    目前普遍使用的授时方式——卫星授时。

     顾名思义，卫星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。全球存在四种卫星授时的系统：

（1）美国的GPS系统

（2）俄罗斯的GLONASS系统

（3）欧盟的伽利略系统

（3）中国的北斗系统

 

什么是北斗授时？

     北斗三号系统的授时参数：在全球范围内，北斗系统的授时精度优于20纳秒；在亚太地区，授时精度优于10纳秒，即亿分之一秒。

北斗授时系统传递的是国家授时中心发播的标准时间信号，也就是目前国际通用的标准时间——协调世界时（Universal Time Coordinated，UTC）。

 

北斗授时的精度可以达到10纳秒的量级，要实现如此高精度的时间测量，只有原子钟能做到。原子钟是目前世界上最精密的计时装置，精密到几百万年才差1秒！而我们平时用的钟表，精度高的每天也会有0.1秒左右的误差。在卫星导航系统中，如果时间测量有1秒误差，就意味着定位会偏离30万公里！

北斗导航卫星上配有星载原子钟，以确保北斗授时系统有精确的时间源。导航卫星将携带了精确标准时间信息及卫星位置信息的信号发播出去，接收机通过解算自己和卫星的钟差，就可以修正本地时间，完成授时。

 

对于动态移动中的用户，在完成授时的同时需要获得其位置信息。我们知道，距离等于速度乘以时间。无线电传播速度（光速c）已知，通过测量无线信号从卫星发射到用户的时间，就可以得到卫星与用户之间的距离。

      假设在由北斗卫星搭建的星地坐标系中，用户的位置坐标是（x,y,z），加上信号接收时间T，总共有4个未知数。因此只要集齐4颗北斗卫星，就能精确解算出用户接收机接收信号时在该星地坐标系中的位置和标准时间了。如果接收机的位置固定且已知，则只需要一颗卫星就能完成精准授时。卫星数量越多，时间测量越精密，位置计算也就越精确。至少有8颗以上的北斗卫星在运行着！

      以上就是北斗授时系统的单向授时原理，即：用户接收到北斗的广播信号后，自主修正本地时间与标准时间的时间差，实现时间同步。GPS等导航卫星也是采用这种授时方式。

为什么要使用北斗卫星进行授时？

我们日常生活确实不需要这么精密的时间，但时间作为国际单位制中7个基本量之一，渗透于社会发展的各个领域。在航天、电力、金融交易、战场调度、公共交通以及移动通信活动中，高精度授时都非常重要。

在移动通信网络中，如果基站的时间不同步，指令匹配就会出错，通信网络就无法正常运行。

在电网系统中，如果没有精准统一的时间基准，各种自动化进程运行不同步，就可能发生电网事故，严重时将导致电网瘫痪。

在金融系统中，如果时间不同步，交易记录就会混乱，黑客就可以利用时间差盗窃资金。

 因此，高精度授时技术带给我们的，不仅仅是效率和便利，更重要的是安全！

 

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