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全面了解北斗授时系统

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2021-10-08 15:05【

  与我们息息相关的通信系统、电力系统、金融系统、导航系统等,其有效运行都依赖于高精度时间同步。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。导航卫星提供的是授时信息,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。


  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,以使得整个系统的时间同步。在这个通信网络规模不断扩大的时代,通讯设备类型日益趋多,不同类型的通讯产品要求能在同一个网管平台上做到统一管理的需求不断增加。因此,大到国家运转、小到日常生活,都离不开高精度授时的支持。


  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小时的人已经上班半天了。若然有的人是上班的时间,有的人却是吃饭的时间,有的人还是睡觉的时间,将会打乱人们生产和生活的时间安排,造成一片混乱。因此,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进步和发展。授时技术在一定程度上体现着人类社会的活动范围、科学技术的整体水平。不同授时方式的变革与该时期的社会发展、科技进步息息相关。


  随着无线电进入实用阶段,古老的授时方式逐渐被取代,人们开始了一个崭新的时代——无线电授时。无线电授时方式分为长波、短波和低频时码:


  长波授时:长波是频率在30千赫兹-300千赫兹、波长在1千米~10千米的无线电波,其可通过地波和天波传播;


  短波授时:短波是波长在10米~100米的无线电波,也可通过地波和天波传播,其传播距离可达几万公里;


  低频时码授时:低频时码授时系统通常是指工作频率在30千赫兹-300千赫兹的一类特殊的长波授时系统,利用微电子技术,具有传输稳定、覆盖范围广泛的特性。日常的电波挂钟、电波手表就是采用该授时方式。


  目前,我国已分别建成BPL长波授时系统、BPM短波授时系统和BPC低频时码授时系统,从而满足人们对无线电授时的需求。


  许多现代的授时方式给人们的生活带来了深刻的影响和变化。随着人类将目光转向未知的太空,我们也迎来了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。


  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。而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。


  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,时间测量就越精密,位置计算也能越精确。在世界任何地方,任何时间,我们头顶上至少有8颗以上的北斗卫星在运行着,目前北斗卫星正在逐渐服务于我们的生活。


  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。


  北斗授时系统还特有双向授时模式。双向授时模式下,用户需要与地面中心站交互信息,所有的信息处理都在中心站完成。用户向中心站发起授时申请,中心站再将时标信号通过卫星转发给用户。用户将接收到的时标信号原路返回,由地面中心站计算出信号单向传播时延,再把时延信息发送给用户。双向授时可以更精确地反映时延信息,授时精度更高。


  因此,高精度授时技术带给我们的,不仅仅是效率和便利,更重要的是安全与保障!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。随着社会的发展,将需要更高准确度的时间基准和更精密的时间测量技术。在北斗之前,我们完全依赖于GPS和GLONASS系统进行高精度授时,如今,北斗系统的精准授时功能让中国人把时间掌握在了自己手里!


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