[科普中国]-北斗卫星的授时系统完全不输GPS

北京时间7月10日04时58分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭，成功发射北斗导航卫星系统第32颗。该北斗卫星作为北斗二号卫星的“替补”星，属倾斜地球同步轨道卫星，卫星入轨并完成在轨测试后，将接入北斗卫星导航系统。

北斗卫星导航系统除了导航定位服务，还有一个重要的功能就是，授时。

说到授时，好多人都表示不知道这玩意是干啥的，都觉得离自己生活很远，其实在现在社会没有什么比时间更重要了。授时网络建设是每个国家的重中之重，特别是像中国这种地域辽阔的国家，时间统一具有非常重要的意义。

看过肖恩.康纳利的《偷天陷阱》么，两个大盗就是利用两地时间不统一来窃取巨款的，所以啊，时间真的就是金钱啊，各个国家都不惜重金打造自己的时间统一网络。

我们国家在西安设有中国科学院国家授时中心，北京时间通过各种授时手段发出，主要使用的有：互联网授时，短波授时（BPM），长波授时（BPL），还有就是咱们的北斗卫星导航系统授时。

中国科学院国家授时中心（图片来源：中科院授时中心官网）

互联网授时，能够达到一秒以上的精度，平时看的智能手机上时间就是这么来的，获取方便，但是精度太低，只能满足日常使用；短波授时，能够达到1ms精度，精度算是一般吧，还需要使用短波接收设备，配短波电台和接收天线；长波授时，能达到1us精度，精度较高了，但是这玩意天线太大，功率太高，主要是船上用的，或者，你得专门给它修个房子……

相比于比这些手段，使用北斗卫星授时效果如何呢：首先看精度，北斗授时设备能够达到10ns以上的精度，在常用的无线授时手段里算是很高的了，可以直接应用到各种精密操作场景；同时，由于接收机天线长度与波长成正比，短波波长10-100m，长波波长1000m以上，北斗导航卫星信号波长在0.2m左右，所以它的接收天线才能做到厘米级的尺寸，放进你的手机里。一般授时用蘑菇头天线加上防雨天线罩直径也就10cm左右。

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因此北斗接收机在体积、功耗上都远小于短波设备和长波设备，兼具高精度和小体积，易安装的特点，在花费上价格也要远低于长波授时设备，但精度却高了两个数量级。

这就好像智能手机与大哥大比，比你轻，比你好用，还比你便宜。可以说卫星授时的出现给各个需要精密时间的领域都带来了质的飞跃，让我们终于有了小型化、高精度、易安装而又廉价的时间源。

现在北斗授时已经服务于金融、电力、大型工程等领域，金融能理解了吧，电力是怎么回事，这还不简单，少收北京城一毫秒的电费是多少钱？？？

开个玩笑，这并不是主要作用，重点是安全、安全、安全，重要的事情说三遍，电力网络是个庞大而复杂的系统，里边有各种需要做动作的继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制系统、能量管理系统(EMS)和生产信息管理系统等，如果没有统一的时间基准，一旦动作不同步，很容易发生电网事故，事实上各国也都有过，加上中国的电网跨地域，覆盖广，系统更加庞大，精确授时就显得尤为重要了。

在用上北斗之前，我国的电力授时是完全依赖美国GPS、俄罗斯GLONASS卫星导航系统的，导致其存在巨大的安全隐患，严重影响电力系统的安全稳定运行。现在有了北斗授时，结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS全球定位系统的历史，使得以往缺乏安全保障的“美国授时”变为“中国授时”。像我们生产的电力授时产品，能够达到ns级别的授时精度，完全不输GPS的。

想想波及美国东北部、加拿大南部持续几十个小时的北美大规模停电事故，想想三哥动不动就没电，一年电网都不知道能故障多少次，再想想你有多久没经历过突发停电了？我国的电网可称得上是同等规模电网系统中最为稳定安全了，在保障电网系统安全运行上，北斗授时功不可没。

即便不是高精度授时专用的北斗接收机，达到1μs以上的精度还是很随意的。1ns是十的负九次方秒，1μs是十的负六次方秒，人类的反应速度才是0.1s，我们要这么高的精度有啥用呢？

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例如，中国那么多基建项目，架桥，修路什么的，在大桥合拢或者在海底铺沉管的时候，都需要很多台工程机械配合，比如让一段100米长的沉管向北平移1米，怎么实施呢，可能是有四五台起重机一起合作，那么问题来了，怎么才能让它们一起行动呢？在对讲机里喊“1、2、3，预备，起！”那肯定是不行的，怎么也得对个表吧，比如设定各机都是在1:00:30开始移动。如果都用的各自计算机从互联网获取时间，那么这几台起重机的所谓“同时”行动就存在±1秒的差距，比用对讲机是强了不少，然而远远不够用。使用北斗授时就不一样了，各分机之间的时间精度差距降低至纳秒的级别，这样的“同步”精度，甚至比你用长电缆把他们一个个连起来搞所谓“同步控制”的电信号传输延时还要小的多，这才是“真•同步”。看起来是各干各的，谁都没搭理谁，其实却是“心有灵犀”，动作做到分毫不差。

各个跨海大桥、海底隧道建设现场，动辄上千米的作业面，时间上差上一点，那就真是失之毫厘谬以千里，所以北斗授时意义相当重大，你可能不会直接使用到，但是它一直在保障你的生活。

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