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北斗衛星系統除了定位導航，竟還能授時？
來源：正瑞電子
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發布日期：2024-03-26
眾所周知，我們可以通過鐘表、手機、電腦、廣播以及新聞聯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，導航衛星（如北斗）提供的是授時信息，手機從授時信息中導出位置信息，導航APP再根據位置信息提供日常的定位、導航功能。
大家對導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），以使得整個系統的時間同步。就好比，當你發現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重要的作用，堪比秦始皇統一度量衡。如果沒有準確的授時，人們將無法合理的安排生產生活，人類社會也必然陷入混亂。比如同樣是標準時間早上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，需要一個統一的標準時間，授時技術也伴隨著我們人類社會在不斷發展。
目前普遍使用的授時方式——衛星授時。
顧名思義，衛星授時就是一種利用人造衛星發播標準時間信息的授時方式。衛星授時也是目前最新、精度最高的授時方式。它的出現給各個需要精密時間的領域帶來質的飛躍。全球存在四種衛星授時的系統：
（1）美國的GPS系統
（2）俄羅斯的GLONASS系統
（3）歐盟的伽利略系統
（3）中國的北斗系統
什么是北斗授時？
北斗三號系統的授時參數：在全球范圍內，北斗系統的授時精度優于20納秒；在亞太地區，授時精度優于10納秒，即億分之一秒。
北斗授時系統傳遞的是國家授時中心發播的標準時間信號，也就是目前國際通用的標準時間——協調世界時（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。在衛星導航系統中，如果時間測量有1秒誤差，就意味著定位會偏離30萬公里！
北斗導航衛星上配有星載原子鐘，以確保北斗授時系統有精確的時間源。導航衛星將攜帶了精確標準時間信息及衛星位置信息的信號發播出去，接收機通過解算自己和衛星的鐘差，就可以修正本地時間，完成授時。
對于動態移動中的用戶，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星發射到用戶的時間，就可以得到衛星與用戶之間的距離。
假設在由北斗衛星搭建的星地坐標系中，用戶的位置坐標是（x,y,z），加上信號接收時間T，總共有4個未知數。因此只要集齊4顆北斗衛星，就能精確解算出用戶接收機接收信號時在該星地坐標系中的位置和標準時間了。如果接收機的位置固定且已知，則只需要一顆衛星就能完成精準授時。衛星數量越多，時間測量越精密，位置計算也就越精確。至少有8顆以上的北斗衛星在運行著！
以上就是北斗授時系統的單向授時原理，即：用戶接收到北斗的廣播信號后，自主修正本地時間與標準時間的時間差，實現時間同步。GPS等導航衛星也是采用這種授時方式。
為什么要使用北斗衛星進行授時？
我們日常生活確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，滲透于社會發展的各個領域。在航天、電力、金融交易、戰場調度、公共交通以及移動通信活動中，高精度授時都非常重要。
在移動通信網絡中，如果基站的時間不同步，指令匹配就會出錯，通信網絡就無法正常運行。
在電網系統中，如果沒有精準統一的時間基準，各種自動化進程運行不同步，就可能發生電網事故，嚴重時將導致電網癱瘓。
在金融系統中，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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