我們可以通過鐘表、手機(jī)、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(zhǔn)確的時間信息呢？今天咱們來聊一聊授時。大家都知道北斗其實(shí)就是導(dǎo)航衛(wèi)星，用于定位導(dǎo)航。那北斗是怎么進(jìn)行定位導(dǎo)航的呢？

  實(shí)際上，導(dǎo)航衛(wèi)星（如北斗）提供的是授時信息，手機(jī)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？授時是什么？授時就是傳遞時間信息，嚴(yán)格來說就是將某一標(biāo)準(zhǔn)時間信號傳遞給需要時間信息的用戶（包括手機(jī)、電腦、電視機(jī)等），以使得整個系統(tǒng)的時間同步。

授時就是傳遞時間信息

  就好比，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)你手機(jī)的時間比公司打卡機(jī)的時間慢了2秒，為了每天能準(zhǔn)時打卡上班，你把手機(jī)的時間校準(zhǔn)成公司打卡機(jī)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(zhǔn)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(zhǔn)時間早上10點(diǎn)，手機(jī)慢3小時的人可能還在睡覺，手機(jī)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(zhǔn)時間，授時技術(shù)也伴隨著我們?nèi)祟惿鐣诓粩喟l(fā)展。

授時對整個人類社會都有著至關(guān)重要的作用

  授時技術(shù)在社會中的發(fā)展歷程授時技術(shù)在一定程度上體現(xiàn)人類社會的活動范圍、科學(xué)技術(shù)的整體水平。不同授時方式的變革與該時期的社會發(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)過許多不同的授時方式。

1.晨鐘暮鼓與打更報時

 “以鐘鼓司晨”的歷史由來已久。漢唐時期，古都長安（陜西西安的古稱）就存在鐘樓和鼓樓。早晨敲鐘，城門打開，一天的生活開始。夜晚擊鼓，宵禁實(shí)行，所有人禁止隨意走動。每個時辰都有不同鐘聲和鼓聲提醒人們時間，可以很好地為一座都城提供報時服務(wù)。

  西安鐘樓“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。其實(shí)打更還有另一重要作用——報時，更夫們在每一更用敲梆子的方式告訴人們時間。人們根據(jù)更夫不同的打更聲就可獲取時間信息。

2.午炮報時與落球報時

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

  17世紀(jì)后，航海業(yè)發(fā)展迅速，對報時要求越來越高。由于不同時間的海潮高度是不相同的，利用精確時間可以知道船只位置，避免觸礁。“落球報時”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)定時刻升降圓球，人們就可根據(jù)圓球的高度和降落瞬間來調(diào)節(jié)船上鐘表。英國格林尼治落球報時，雖然古代的許多授時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)時不可或缺的授時手段。再次印證，傳遞時間信息，真的太重要了！到了20世紀(jì)初期，隨著社會不斷進(jìn)步，人們開始利用掌握的通信手段和技術(shù)實(shí)現(xiàn)授時。

3.無線電授時

  隨著無線電進(jìn)入實(shí)用階段，古老的授時方式逐漸被取代，人們開始了一個嶄新的時代——無線電授時。無線電授時方式分為長波、短波和低頻時碼等。

  長波授時：長波是頻率在30千赫茲-300千赫茲、波長在1千米~10千米的無線電波，其可通過地波（大地傳導(dǎo)）和天波（電離層反射）傳播。1910年，法國人***在舉世聞名的埃菲爾鐵塔頂端選用長波無線電信號發(fā)射器實(shí)現(xiàn)報時。

  短波授時：短波是波長在10米~100米的無線電波，也可通過地波和天波傳播，其傳播距離可達(dá)幾萬公里。美國曾在1920年嘗試短波授時試驗(yàn)，并于1923年開始實(shí)施短波授時。

  低頻時碼授時：低頻時碼授時系統(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波授時系統(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方式。

  目前，我國已分別建成BPL長波授時系統(tǒng)、BPM短波授時系統(tǒng)和BPC低頻時碼授時系統(tǒng)，從而滿足人們對無線電授時的需求。

4.網(wǎng)絡(luò)授時

  如今網(wǎng)絡(luò)已“飛入尋常百姓家”，網(wǎng)絡(luò)授時就是利用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP, Network Time Protocol），自動修正同步用戶的計(jì)算機(jī)時間，為用戶提供授時服務(wù)。在Windows 10的日期和時間界面上，通過更改設(shè)置選中Internet時間服務(wù)器即可。智能手機(jī)也可通過設(shè)置來獲取網(wǎng)絡(luò)提供的授時服務(wù)。雖然網(wǎng)絡(luò)授時的精確度在10ms左右，但是對于日常生活來說已經(jīng)足夠了。我們無需任何操作，就可以隨時隨地查看時間。

5.衛(wèi)星授時

  許多現(xiàn)代的授時方式給人們生活帶來深刻影響和變化。隨著人類將目光轉(zhuǎn)向未知的太空，我們也迎來了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(zhǔn)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)：美國的GPS系統(tǒng);俄羅斯的GLONASS系統(tǒng);歐盟的伽利略系統(tǒng);中國的北斗系統(tǒng);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。

北斗三號系統(tǒng)的授時參數(shù)

  現(xiàn)代主要授時手段的比較（1秒=10毫秒=10微秒=10納秒）北斗衛(wèi)星怎么授時？北斗授時系統(tǒng)傳遞的是國家授時中心發(fā)播的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，也就是目前國際通用的標(biāo)準(zhǔn)時間——協(xié)調(diào)世界時（Universal Time Coordinated，UTC）。北斗授時的精度可以達(dá)到10納秒的量級，要實(shí)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(jì)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(zhǔn)時間信息及衛(wèi)星位置信息的信號發(fā)播出去，接收機(jī)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。

標(biāo)準(zhǔn)時間信息及衛(wèi)星位置信息

  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(jī)接收信號時在該星地坐標(biāo)系中的位置和標(biāo)準(zhǔn)時間啦。

假設(shè)在由北斗衛(wèi)星搭建的星地坐標(biāo)系中

  如果接收機(jī)的位置固定且已知，則只需要一顆衛(wèi)星就能完成精準(zhǔn)授時。衛(wèi)星數(shù)量越多，時間測量越精密，位置計(jì)算也就越精確。而我們頭頂上，一般至少有8顆以上的北斗衛(wèi)星在運(yùn)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(zhǔn)時間的時間差，實(shí)現(xiàn)時間同步。GPS等導(dǎo)航衛(wèi)星也是采用這種授時方式。北斗授時系統(tǒng)還特有雙向授時模式。雙向授時模式下，用戶需要與地面中心站交互信息，所有的信息處理都在中心站完成。用戶向中心站發(fā)起授時申請，中心站再將時標(biāo)信號通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶。用戶將接收到的時標(biāo)信號原路返回，由地面中心站計(jì)算出信號單向傳播時延，再把時延信息發(fā)送給用戶。雙向授時可以更精確地反映時延信息，授時精度更高。

為什么要用北斗授時？

  我們每天無數(shù)次地拿起手機(jī)查看時間，在現(xiàn)代社會，沒有什么比時間更重要了。但是，我們要這么高的授時精度有啥用呢？再說，不是有GPS了嗎，為啥還要北斗？我們?nèi)粘Ｉ畲_實(shí)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***、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(yùn)行。

移動通信網(wǎng)絡(luò)授時

  在電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果沒有精準(zhǔn)統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，各種自動化進(jìn)程運(yùn)行不同步，就可能發(fā)生電網(wǎng)事故，嚴(yán)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。

金融系統(tǒng)授時

  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！在北斗之前，我們完全依賴于GPS和GLONASS系統(tǒng)進(jìn)行高精度授時。有了北斗授時系統(tǒng)，意味著中國人把時間掌握在自己手里。

  北斗衛(wèi)星授時技術(shù)已深入應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個方面，隨著5G時代的到來，各式創(chuàng)新應(yīng)用對時間和位置感知有了更高的要求，高精度授時必將有更多的用武之地。北斗+5G，會碰撞出什么樣的火花？讓我們拭目以待。