北斗衛(wèi)星時(shí)鐘——揭開(kāi)“授時(shí)”的神秘面紗

如今，通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等，其有效運(yùn)行都依賴于高精度時(shí)間同步。我們可以通過(guò)鐘表、手機(jī)、電腦、廣播以及新聞聯(lián)播等方式來(lái)查看時(shí)間信息（北京時(shí)間）。

那么，這些時(shí)間信息又是從哪里來(lái)的呢？為什么我們可以隨時(shí)隨地都能獲取準(zhǔn)確的時(shí)間信息？這得益于高精度的授時(shí)服務(wù)，今天我們就來(lái)揭開(kāi)“授時(shí)”的神秘面紗。

大家都知道我國(guó)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，是用于定位導(dǎo)航的。那么北斗是怎么進(jìn)行定位導(dǎo)航的呢？

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)到底是什么呢？

01什么是授時(shí)？

授時(shí)就是傳遞時(shí)間信息，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)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。

在這個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大的時(shí)代，通訊設(shè)備類型日益趨多，不同類型的通訊產(chǎn)品要求能在同一個(gè)網(wǎng)管平臺(tái)上做到統(tǒng)一管理的需求不斷增加。因此，大到國(guó)家運(yùn)轉(zhuǎn)、小到日常生活，都離不開(kāi)高精度授時(shí)的支持。

舉一個(gè)例子，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)手機(jī)的時(shí)間比公司打卡機(jī)的時(shí)間慢了2秒，為了每天能夠準(zhǔn)時(shí)打卡上班，你將手機(jī)的時(shí)間校準(zhǔn)成公司打卡機(jī)的時(shí)間，這個(gè)過(guò)程其實(shí)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(méi)有準(zhǔn)確的授時(shí)，人們將無(wú)法合理地安排生產(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(jué)，手機(jī)快3小時(shí)的人已經(jīng)上班半天了。若然有的人是上班的時(shí)間，有的人卻是吃飯的時(shí)間，有的人還是睡覺(jué)的時(shí)間，將會(huì)打亂人們生產(chǎn)和生活的時(shí)間安排，造成一片混亂。因此，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)在不斷進(jìn)步和發(fā)展。

02授時(shí)技術(shù)在社會(huì)中的發(fā)展歷程

授時(shí)技術(shù)在一定程度上體現(xiàn)著人類社會(huì)的活動(dòng)范圍、科學(xué)技術(shù)的整體水平。不同授時(shí)方式的變革與該時(shí)期的社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步息息相關(guān)。

在生產(chǎn)力低下、科技不發(fā)達(dá)的古代，就出現(xiàn)過(guò)許多不同的授時(shí)方式。

（1）晨鐘暮鼓與打更報(bào)時(shí)

“以鐘鼓司晨”的歷史由來(lái)已久。漢唐時(shí)期，古都長(zhǎng)安（陜西西安的古稱）就存在鐘樓和鼓樓。早晨敲鐘，城門打開(kāi)，一天的生活開(kāi)始；夜晚?yè)艄模麑?shí)行，所有人禁止隨意走動(dòng)。每個(gè)時(shí)辰都有不同的鐘聲和鼓聲提醒人們時(shí)間，能夠很好地為一座都城提供報(bào)時(shí)服務(wù)。

咚！咚！咚！關(guān)好門窗，天干物燥，小心火燭！”，這就是古代打更的作用——提醒防火防盜。然而打更還有另一重要作用——報(bào)時(shí)，更夫們?cè)诿恳桓们冒鹱拥姆绞礁嬖V人們時(shí)間。人們根據(jù)更夫不同的打更聲就可獲取時(shí)間信息。

（2）午炮報(bào)時(shí)與落球報(bào)時(shí)

明清兩朝北京城內(nèi)曾采用午時(shí)鳴炮取代鐘鼓。人們依靠“午炮報(bào)時(shí)”安排生活：工人聽(tīng)到午炮下班，戲園子聽(tīng)到午炮拉幕開(kāi)戲。兩尊炮設(shè)在宣武門城樓上，人稱“宣武響炮”。午時(shí)鳴炮一直延續(xù)到20世紀(jì)30年代，最終因費(fèi)用過(guò)高而取消。

17世紀(jì)后，航海業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)報(bào)時(shí)要求越來(lái)越高。由于不同時(shí)間的海潮高度是不相同的，所以利用精確時(shí)間可以知道船只位置，避免觸礁，“落球報(bào)時(shí)”便應(yīng)運(yùn)而生。它是利用碼頭、港口等地的高竿并掛上圓球，根據(jù)規(guī)定時(shí)刻升降圓球，人們就可根據(jù)圓球的高度和降落瞬間來(lái)調(diào)節(jié)船上鐘表。

雖然古代的許多授時(shí)方式都因自身的局限性而逐漸被完全取代，但是，毋庸置疑，這些方式一度成為當(dāng)時(shí)不可或缺的授時(shí)手段。再次印證，傳遞時(shí)間信息，真的太重要了！

到了20世紀(jì)初期，隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，人們開(kāi)始利用掌握的通信手段和技術(shù)實(shí)現(xiàn)授時(shí)。

（3）無(wú)線電授時(shí)

隨著無(wú)線電進(jìn)入實(shí)用階段，古老的授時(shí)方式逐漸被取代，人們開(kāi)始了一個(gè)嶄新的時(shí)代——無(wú)線電授時(shí)。無(wú)線電授時(shí)方式分為長(zhǎng)波、短波和低頻時(shí)碼等。

長(zhǎng)波授時(shí)：長(zhǎng)波是頻率在30千赫茲-300千赫茲、波長(zhǎng)在1千米~10千米的無(wú)線電波，其可通過(guò)地波（大地傳導(dǎo)）和天波（電離層反射）傳播。1910年，法國(guó)人首次在舉世聞名的埃菲爾鐵塔頂端選用長(zhǎng)波無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。

短波授時(shí)：短波是波長(zhǎng)在10米~100米的無(wú)線電波，也可通過(guò)地波和天波傳播，其傳播距離可達(dá)幾萬(wàn)公里。美國(guó)曾在1920年嘗試短波授時(shí)試驗(yàn)，并于1923年開(kāi)始實(shí)施短波授時(shí)。

低頻時(shí)碼授時(shí)：低頻時(shí)碼授時(shí)系統(tǒng)通常是指工作頻率在30千赫茲-300千赫茲的一類特殊的長(zhǎng)波授時(shí)系統(tǒng)，利用微電子技術(shù)，具有傳輸穩(wěn)定、覆蓋范圍廣泛的特性。日常的電波掛鐘、電波手表就是采用該授時(shí)方式。

目前，我國(guó)已分別建成BPL長(zhǎng)波授時(shí)系統(tǒng)、BPM短波授時(shí)系統(tǒng)和BPC低頻時(shí)碼授時(shí)系統(tǒng)，從而滿足人們對(duì)無(wú)線電授時(shí)的需求。

（4）網(wǎng)絡(luò)授時(shí)

如今網(wǎng)絡(luò)已“飛入尋常百姓家”，網(wǎng)絡(luò)授時(shí)就是利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP, Network Time Protocol），自動(dòng)修正同步用戶的計(jì)算機(jī)時(shí)間，為用戶提供授時(shí)服務(wù)。

在Windows 10的日期和時(shí)間界面上，通過(guò)更改設(shè)置選中Internet時(shí)間服務(wù)器即可。智能手機(jī)也可通過(guò)設(shè)置來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)提供的授時(shí)服務(wù)。無(wú)需任何操作，便可隨時(shí)隨地查看時(shí)間。

（5）北斗衛(wèi)星時(shí)鐘授時(shí)

許多現(xiàn)代的授時(shí)方式給人們的生活帶來(lái)了深刻的影響和變化。隨著人類將目光轉(zhuǎn)向未知的太空，我們也迎來(lái)了目前普遍使用的授時(shí)方式——衛(wèi)星授時(shí)。

顧名思義，北斗衛(wèi)星時(shí)鐘授時(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(lái)質(zhì)的飛躍。

審核編輯 黃宇