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北斗衛(wèi)星系統(tǒng)除了定位導(dǎo)航,竟還能授時?
來源:正瑞電子        瀏覽:1039         發(fā)布日期:2024-03-26

     眾所周知,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。


      實際上,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。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,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。

    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):

(1)美國的GPS系統(tǒng)

(2)俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)

(3)歐盟的伽利略系統(tǒng)

(3)中國的北斗系統(tǒng)

 

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什么是北斗授時?

     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。

      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)時間了。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,位置計算也就越精確。至少有8顆以上的北斗衛(wèi)星在運(yùn)行著!

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      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,實現(xiàn)時間同步。GPS等導(dǎo)航衛(wèi)星也是采用這種授時方式。


為什么要使用北斗衛(wèi)星進(jìn)行授時?

     我們?nèi)粘I畲_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(fā)展的各個領(lǐng)域。在航天、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。

      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。

 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!

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       為了適應(yīng)這些領(lǐng)域?qū)τ跁r間高精度的要求,山東正瑞精心設(shè)計、自主研發(fā)了ZRBG2000系列北斗衛(wèi)星同步時鐘。該設(shè)備可同時跟蹤中國北斗衛(wèi)星和美國GPS衛(wèi)星,比單一衛(wèi)星更加可靠,確保了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性;中國北斗衛(wèi)星與美國GPS衛(wèi)星時間信號互為備用,時間源可組合為GPS+北斗、單GPS、單北斗等,保證了時間源的高可靠性和基準(zhǔn)時間信號的高精度性;該系統(tǒng)實現(xiàn)了輸出多制式串口、網(wǎng)絡(luò)等,滿足多設(shè)備的要求,以NTP/SNTP協(xié)議同步網(wǎng)絡(luò)中的所有計算機(jī)、服務(wù)器、DVR、控制器等設(shè)備,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間統(tǒng)一。保證了時間需求的高精確度、高穩(wěn)定性、高安全性,高可靠性。


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