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衛(wèi)星導航系統(tǒng)的授時功能

發(fā)布時間:2022-04-11 15:24:58

  在我們還很小的時候,就被教育要有時間觀念。上個世紀末,成年人每隔一段時間就會守在電視機前,盯住新聞聯(lián)播片頭的右上角,給手表校準時間!

  等我們長大后,一方面在遵守時間上嚴格要求自己,一方面又對他人的遲到行為施加壓力??梢哉f,遵守時間已深入骨髓,成為了現(xiàn)代社會一條基本的社交準則。然而,在某些場合,遲到之人最無賴的理由卻是“對不起,我的手表不知為啥慢了三分鐘”,對此,部分會議組織者竟無語以凝噎!

  時間同步的重要性,比一般人的想象要重要得多。它的內涵絕不僅限于商務人士對把控會議時間的執(zhí)拗,而是真真正正關系國計民生的大事,以致于國家要專門成立一個“授時中心”來管一管時間同步這件事。

  本世紀初,最能見證時間同步重要性的民生場景莫過于春運買票。一般情況下,在離農歷春節(jié)還有不到二十天的時候,每天總有那么幾個時間段,世界好像都靜止了似的:學生、白領、打工仔、大老板,他們或坐在電腦面前屏息凝視,或抖立在寒風中徹夜排隊,等待著,焦急等待著,火車放票時間的,一步步逼近……

  實現(xiàn)時間同步的方法非常簡單,三句話:指定基準時間、讀取當前時間、加減校正。

在一些傳統(tǒng)警匪片中經常看到這樣的場景:隊長拿出手表倒數(shù)計時,隊員們將時間與隊長同步,爾后大家奔赴天花板、窗戶和門口等處待命,待時間一到,狙擊手和隊員同時行動,瞬間解救人質,整個過程按時間節(jié)點有序展開,分秒不差。

  在上述場景中,隊長的手表就是基準時間,隊員們要讀取自己的時間并與之比對,最后加減校準即可。這是一種“面對面”的對時方式。在上個世紀末期,手表的地位就相當于一輛小車,必須得依靠新聞聯(lián)播或者廣播電臺來提供基準時間。這是一種“廣播式”的對時方式。

  然而,面對面的對時方式僅適用于小型團隊的精細配合(類似擊斃本拉登的“海軍之矛”行動),當需要指揮一場曠日持久的、全國范圍內的大型戰(zhàn)役時,手工對時這種操作就顯得很不合時宜。而且,最關鍵的問題是對時精度:日常使用的鐘表,大約每年誤差1分鐘(人體無法察覺,基本無需對時),而手工對時精度最高也就0.1秒(參考NBA賽場計時器)。

  目前,世上最精準的時鐘是原子時鐘,每2000萬年才誤差1秒。如果把原子時鐘作為基準時間,將剩下的兩項工作(讀取當?shù)貢r間和加減校正)交給“芯片”在后臺計算,人類就可以坐享其成,這是一種“自動化”的對時方式。

  現(xiàn)實情況是這樣的:日常生活無需每天對時,因為即使是“十元店”出售的電子表也能滿足基本的計時需求。另外一方面,部分需要原子時鐘的專業(yè)領域早在十多年前就已經實現(xiàn)了自動化對時,因為手工對時的精度完全是在拖原子時鐘的后腿。所以,雖然我們從小被教育要遵守時間,但是除了批評和吐槽上課、上班和開會(含約會)遲到人員以外,基本沒人會討論有關時間同步的問題。

   時間同步的學名叫“授時”:即提供精度較高的基準時間,使對方與其時間同步的技術。常用方法有短波授時、長波授時、網(wǎng)絡授時、電話授時、衛(wèi)星授時等。但應用最廣泛的就是依托衛(wèi)星導航系統(tǒng)來進行授時,授時精度約為20納秒(1納秒=1秒的十億分之一)。

    導航衛(wèi)星上一般裝有2-3座原子鐘,它們唯一的用途就是給導航信號打上時間標志,告知用戶“現(xiàn)在幾點”。幾十年前,當我們需要對時的時候,講究一個“眼疾手快”:盯著電視機同時撥弄手表發(fā)條?,F(xiàn)在厲害了,講究的是“神不知鬼不覺”:以手機為例,只要能接收到衛(wèi)星導航信號,手機芯片就能代替機主讀取時間,同時進行加減校準——全程自動化,人體無法察覺。

   授時是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兩大免費功能之一(另一個是導航定位),除了保證軍隊武器指揮系統(tǒng)的時間同步之外,還免費為世界各地的交通、銀行、金融等行業(yè)提供精確的時間基準。

   廣播通信:全國各地方電視臺要在7時00分準時轉播新聞聯(lián)播;廣告業(yè)主需要精準地預知廣告投放的時間點和時長;全世界的球迷需要在家里的沙發(fā)上實時共享足球賽事的比賽進程。普通的手機用戶,對電信服務商的要求是提供一個公平公正的計時計費系統(tǒng)。

   電力能源:電力系統(tǒng)的工作不僅僅是“發(fā)電廠發(fā)電,供電公司供電”這么簡單,作為國家性的電網(wǎng)工程,相關工作還涉及到電力分配、故障排除、電價調控等等。電網(wǎng)在運行過程中,任何一件突發(fā)事故都必須打上嚴格的時間標記,以便工程師追查到確切的事故地點,為電網(wǎng)智能分析、預警和決策提供依據(jù),保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

   金融股市:世界上主要的投資銀行要求各子公司必須與母公司時間系統(tǒng)一致,各大小企業(yè)因此也不得不與銀行進行時間同步。在股票交易時,遵循“時間優(yōu)先”原則,它能保證世界各地的投資人在共享金融信息的同時,按照先來后到的順序公平地進行金融活動。

   現(xiàn)代社會條件下,確實很少有人去討論時間同步的問題,但這并不說明授時系統(tǒng)無足輕重,反而間接證明了該系統(tǒng)已經具備了像空氣和水一樣的特征:習以為常但缺一不可。正是由于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的默默授時,我們既不用守著幾百塊錢的電視機給幾萬塊錢的手表對時,也不用盯著電腦顯示器倒數(shù)計時去搶票(交給訂票軟件刷票)。

行文至此,如果您還覺得授時系統(tǒng)可有可無,那么,從現(xiàn)在開始,請攢足人品和資金……

總結

    I 授時是衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兩大免費功能之一。

   II 很多行業(yè)的正常運轉依賴于精確的時間同步。


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