世界上最宝贵的东西是什么?
没错,时间非常之重要。古时候,无数先贤告诫我们,要好好珍惜时间、利用时间,正所谓“一寸光阴一寸金,寸金难买寸光阴”。
▉ “敬记天时,以授民也”
入夜之后,每隔一个时辰,就会有更夫打更——一边有节奏地敲击梆子,一边吆喝:“天干物燥,小心火烛!”
当时,有那么一群“公务员”,他们通过圭表、日冕等工具确认时间,然后通过钟楼敲钟、鼓楼击鼓、更夫打更等方式,将时间信息传递给周边居民。
历史上对这种建立时间标准、传递时间信息的行为,称为“敬记天时,以授民也”,缩写一下,也就是“授时”。
▉ 从历书时到原子时,时间系统的演进
钟表的迅速普及,逐渐改变了人们的时间观念,也推动了社会的发展和进步。
进入20世纪后,电子工业迅速发展,电池驱动钟、交流电钟、电机械表、石英电子钟表相继问世。钟表进入了微电子技术与精密机械相结合的石英化新时期,每日误差逐渐被控制在0.5秒以内。
时间系统,也称为时间频率基准。说白了,就是如何衡量时间。
以地球自转周期为基准的世界时(Universal Time,UT)
以物质内部原子(例如铯原子)发射的电磁振荡频率为基准的原子时(Atomic time,AT)
目前国际通用的标准时间,叫做协调世界时(Universal Time Coordinated,UTC),也称“世界标准时间”。它是原子时和世界时的结合,以原子时的秒长为基础,在时刻上尽量接近于世界时。
我们国家所处的时区
计时工具和时间系统发生了巨变,授时方式当然也要跟着变。
根据不同的电磁波频率以及传递手段,现代授时技术被分为以下几种:
采用波长在100m~10m(频率:3MHz~30MHz)的短波无线电进行授时。
国家授时中心的授时台,设置在陕西蒲城。这里的短波电台会使用2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz频率,全天连续发播我国短波无线电时号,呼号为BPM。
天波和地波
采用波长在10km-1km(频率:30KHz~300KHz)的长波无线电进行授时。
长波授时信号的地波作用距离为1000-2000公里,天波信号为3000公里,基本覆盖我国内陆及近海海域,授时精度为微秒量级。
低频时码授时属于一种特殊的长波授时,它适用于区域性的标准时间频率传输。
我们常见的电波钟/电波表,就可以接收这种信号,自动进行时间校对,精度可以达到30万年误差不超过1秒。
4.电话授时
例如,通过专用电话时码接收机,拨打国家授时中心的服务专线电话,即可自动获得标准北京时间显示和输出,授时精度10毫秒。
哈哈,这个可不是指每天19点的新闻联播播报。
6.网络授时
只要设置了目标NTP服务器的IP地址,本地计算机就可以实现时间同步。
7.卫星授时
我们每天都会用到百度、高德这样的导航和定位App。大家应该也知道,这些App之所以能实现导航和定位,是因为手机能够和卫星通讯,使用卫星提供的服务。
大名鼎鼎的GPS,是美国的GNSS系统,也是全球最早的GNSS系统。而现在名声大噪的北斗,则是我们中国自主研发和建设的GNSS系统。
除了全球性的卫星系统之外,GNSS还包括一些区域性的系统以及增强系统。
GNSS三大核心能力,通常简称为PVT,也就是Position(位置)、Velocity(速度)和Time(时间)。
在每一颗GNSS卫星上,都配备有原子钟。这就使得发送的卫星信号中包含有精确的时间数据。通过专用接收机或者GNSS授时模组,可以对这些信号加以解码,就能快速地将设备与原子钟进行时间同步。
首先,GNSS授时的精度更高。
各授时方式的授时精度对比
长波、短波地基授时,都有物理传播距离的限制。如果遇到高山等环境阻隔,传播距离将进一步缩小。
▉ 授时服务的应用场景
当然不是。
人类竞技运动,一般只精确到毫秒级
航空航天飞行器,往往以极高的速度飞行。如果没有精准的时间同步,就无法对飞行器的准确位置进行确认。
太空对接
电力行业为什么会要求时间同步?
电网设备
现在我们都是数字化金融,所有的交易都通过电脑和网络进行。系统时间不同步,很可能导致交易失败,在瞬息万变的市场中错过机会。不同步的时间,也有可能被黑客利用,给系统带来安全隐患。
通信基站的切换、漫游需要精准的时间控制,对同步精度的要求高,也需要足够的稳定性。以TD-LTE为代表的TDD时分系统对时间同步的要求更高,系统时间同步要求在±1.5μs。
除了上述行业之外,包括交通调度、地理测绘、防震减灾、气象监测等各个领域,都对高精度时间同步有刚性需求。
目前来看,GNSS卫星授时凭借授时精度高、覆盖范围广、实现成本低等优势,已然成为最受用户欢迎、应用最为广泛的授时方式。
以移远通信的L26-T和LC98S模组为例。
Position hold模式的存在,大幅减小了模组的授时抖动。支持单星授时,即使在可见卫星只有一颗的情况下也能保持高精度授时。AGNSS功能,也可以帮助模组显著缩减首次定位时间。
L26-T和LC98S模组出厂前会经过严苛的可靠性测试,确保其能够在复杂环境下正常工作,为全球通信基站、金融服务、电力系统、铁路调度等行业应用提供精密授时服务。
随着数字化浪潮的不断深入,高精度授时服务将走进更多的行业,诞生更多的应用场景。授时相关的设备和系统,重要性日益凸显,逐渐成为国家的重要信息化基础设施。
(全文完)
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