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卫星导航系统的授时功能

时间:2018-06-29发布者:泰福特浏览次数:549次

    在大家还很小的时候,就被教育要有时间观念。上个世纪末,成年人每隔一段时间就会守在电视机前,盯住资讯联播片头的右上角,给手表校准时间!

   等大家长大后,一方面在遵守时间上严格要求自己,一方面又对他人的迟到行为施加压力。可以说,遵守时间已深入骨髓,成为了现代社会一条基本的社交准则。然而,在某些场合,迟到之人最无赖的理由却是“对不起,我的手表不知为啥慢了三分钟”,对此,部分会议组织者竟无语以凝噎!

  时间同步的重要性,比一般人的想象要重要得多。它的内涵绝不仅限于商务人士对把控会议时间的固执,而是真真正正关系国计民生的大事,以致于国家要专门成立一个“授时中心”来管一管时间同步这件事。


   本世纪初,最能见证时间同步重要性的民生场景莫过于春运买票。一般情况下,在离农历春节还有不到二十天的时候,每天总有那么几个时间段,世界好像都静止了似的:学生、白领、打工仔、大老板,他们或坐在电脑面前屏息凝视,或抖立在寒风中彻夜排队,等待着,焦急等待着,火车放票时间的,一步步逼近……

  实现时间同步的方法非常简单,三句话:指定基准时间、读取当前时间、加减校正

在一些传统警匪片中经常看到这样的场景:队长拿出手表倒数计时,队员们将时间与队长同步,尔后大家奔赴天花板、窗户和门口等处待命,待时间一到,狙击手和队员同时行动,瞬间拯救人质,整个过程按时间节点有序展开,分秒不差。

  在上述场景中,队长的手表就是基准时间,队员们要读取自己的时间并与之比对,最后加减校准即可。这是一种“面对面”的对时方式。在上个世纪末期,手表的地位就相当于一辆小车,必须得依靠资讯联播或者广播电台来提供基准时间。这是一种“广播式”的对时方式。

  然而,面对面的对时方式仅适用于小型团队的精细配合(类似击毙本拉登的“海军之矛”行动),当需要指挥一场旷日持久的、全国范围内的大型战役时,手工对时这种操作就显得很不合时宜。而且,最关键的问题是对时精度:日常使用的钟表,大约每年误差1分钟(人体无法察觉,基本无需对时),而手工对时精度最高也就0.1秒(参考NBA赛场计时器)。

目前,世上最精准的时钟是原子时钟,每2000万年才误差1秒。如果把原子时钟作为基准时间,将剩下的两项工作(读取当地时间和加减校正)交给“芯片”在后台计算,人类就可以坐享其成,这是一种“自动化”的对时方式。

   现实情况是这样的:日常生活无需每天对时,因为即使是“十元店”出售的电子表也能满足基本的计时需求。另外一方面,部分需要原子时钟的专业领域早在十多年前就已经实现了自动化对时,因为手工对时的精度完全是在拖原子时钟的后腿。所以,虽然大家从小被教育要遵守时间,但是除了批评和吐槽上课、上班和开会(含约会)迟到人员以外,基本没人会讨论有关时间同步的问题。

   时间同步的学名叫“授时”:即提供精度较高的基准时间,使对方与其时间同步的技术。常用方法有短波授时、长波授时、网络授时、电话授时、卫星授时等。但应用最广泛的就是依托卫星导航系统来进行授时,授时精度约为20纳秒(1纳秒=1秒的十亿分之一)。

    导航卫星上一般装有2-3座原子钟,它们唯一的用途就是给导航信号打上时间标志,告知用户“现在几点”。几十年前,当大家需要对时的时候,讲究一个“眼疾手快”:盯着电视机同时拨弄手表发条。现在利害了,讲究的是“神不知鬼不觉”:以手机为例,只要能接收到卫星导航信号,手机芯片就能代替机主读取时间,同时进行加减校准——全程自动化,人体无法察觉。

   授时是卫星导航系统的两大免费功能之一(另一个是导航定位),除了保证军队武器指挥系统的时间同步之外,还免费为世界各地的交通、银行、金融等行业提供精确的时间基准。

   广播通信:全国各地方电视台要在7时00分准时转播资讯联播;广告业主需要精准地预知广告投放的时间点和时长;全世界的球迷需要在家里的沙发上实时共享足球赛事的比赛进程。普通的手机用户,对电信服务商的要求是提供一个公平公正的计时计费系统。


   电力能源:电力系统的工作不仅仅是“发电厂发电,供电企业供电”这么简单,作为国家性的电网工程,相关工作还涉及到电力分配、故障排除、电价调控等等。电网在运行过程中,任何一件突发事故都必须打上严格的时间标记,以便工程师追查到确切的事故地点,为电网智能分析、预警和决策提供依据,保障电力系统的安全稳定。


   金融股市:世界上主要的投资银行要求各子企业必须与母企业时间系统一致,各大小企业因此也不得不与银行进行时间同步。在股票交易时,遵循“时间优先”原则,它能保证世界各地的投资人在共享金融信息的同时,按照先来后到的顺序公平地进行金融活动。


   现代社会条件下,确实很少有人去讨论时间同步的问题,但这并不说明授时系统无足轻重,反而间接证明了该系统已经具备了像空气和水一样的特征:习以为常但缺一不可。正是由于卫星导航系统的默默授时,大家既不用守着几百块钱的电视机给几万块钱的手表对时,也不用盯着电脑显示器倒数计时去抢票(交给订票App刷票)。

行文至此,如果您还觉得授时系统可有可无,那么,从现在开始,请攒足人品和资金……

总结

    I 授时是卫星导航系统的两大免费功能之一。

   II 很多行业的正常运转依赖于精确的时间同步。

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