中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會

第32顆北斗導航衛(wèi)星發(fā)射,它的授時系統(tǒng)完全不輸GPS
中國科普博覽
2018/07/17 09:52
北京時間7月10日04時58分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號甲運載火箭,成功發(fā)射北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)第32顆。該北斗衛(wèi)星作為北斗二號衛(wèi)星的“替補”星,屬傾斜地球同步軌道衛(wèi)星,衛(wèi)星入軌并完成在軌測試后,將接入北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)除了導航定位服務,還有一個重要的功能就是,授時。
說到授時,好多人都表示不知道這玩意是干啥的,都覺得離自己生活很遠,其實在現在社會沒有什么比時間更重要了。授時網絡建設是每個國家的重中之重,特別是像中國這種地域遼闊的國家,時間統(tǒng)一具有非常重要的意義。
看過肖恩·康納利的《偷天陷阱》么,兩個大盜就是利用兩地時間不統(tǒng)一來竊取巨款的,所以啊,時間真的就是金錢啊,各個國家都不惜重金打造自己的時間統(tǒng)一網絡。
我們國家在西安設有中國科學院國家授時中心,北京時間通過各種授時手段發(fā)出,主要使用的有:互聯(lián)網授時,短波授時(BPM),長波授時(BPL),還有就是咱們的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)授時。
中國科學院國家授時中心(圖片來源:中科院授時中心官網)
互聯(lián)網授時,能夠達到一秒以上的精度,平時看的智能手機上時間就是這么來的,獲取方便,但是精度太低,只能滿足日常使用;短波授時,能夠達到1ms精度,精度算是一般吧,還需要使用短波接收設備,配短波電臺和接收天線;長波授時,能達到1us精度,精度較高了,但是這玩意天線太大,功率太高,主要是船上用的,或者,你得專門給它修個房子……
相比于比這些手段,使用北斗衛(wèi)星授時效果如何呢:首先看精度,北斗授時設備能夠達到10ns以上的精度,在常用的無線授時手段里算是很高的了,可以直接應用到各種精密操作場景;同時,由于接收機天線長度與波長成正比,短波波長10-100m,長波波長1000m以上,北斗導航衛(wèi)星信號波長在0.2m左右,所以它的接收天線才能做到厘米級的尺寸,放進你的手機里。一般授時用蘑菇頭天線加上防雨天線罩直徑也就10cm左右。
圖片來源:www.frbiz.com
因此北斗接收機在體積、功耗上都遠小于短波設備和長波設備,兼具高精度和小體積,易安裝的特點,在花費上價格也要遠低于長波授時設備,但精度卻高了兩個數量級。
這就好像智能手機與大哥大比,比你輕,比你好用,還比你便宜。可以說衛(wèi)星授時的出現給各個需要精密時間的領域都帶來了質的飛躍,讓我們終于有了小型化、高精度、易安裝而又廉價的時間源。
現在北斗授時已經服務于金融、電力、大型工程等領域,金融能理解了吧,電力是怎么回事,這還不簡單,少收北京城一毫秒的電費是多少錢???
開個玩笑,這并不是主要作用,重點是安全、安全、安全,重要的事情說三遍,電力網絡是個龐大而復雜的系統(tǒng),里邊有各種需要做動作的繼電保護裝置、自動化裝置、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)(EMS)和生產信息管理系統(tǒng)等,如果沒有統(tǒng)一的時間基準,一旦動作不同步,很容易發(fā)生電網事故,事實上各國也都有過,加上中國的電網跨地域,覆蓋廣,系統(tǒng)更加龐大,精確授時就顯得尤為重要了。
在用上北斗之前,我國的電力授時是完全依賴美國GPS、俄羅斯GLONASS衛(wèi)星導航系統(tǒng)的,導致其存在巨大的安全隱患,嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。現在有了北斗授時,結束了我國電力運行時間完全依賴美國GPS全球定位系統(tǒng)的歷史,使得以往缺乏安全保障的“美國授時”變?yōu)?ldquo;中國授時”。像我們生產的電力授時產品,能夠達到ns級別的授時精度,完全不輸GPS的。
想想波及美國東北部、加拿大南部持續(xù)幾十個小時的北美大規(guī)模停電事故,想想三哥動不動就沒電,一年電網都不知道能故障多少次,再想想你有多久沒經歷過突發(fā)停電了?我國的電網可稱得上是同等規(guī)模電網系統(tǒng)中最為穩(wěn)定安全了,在保障電網系統(tǒng)安全運行上,北斗授時功不可沒。
即便不是高精度授時專用的北斗接收機,達到1μs以上的精度還是很隨意的。1ns是十的負九次方秒,1μs是十的負六次方秒,人類的反應速度才是0.1s,我們要這么高的精度有啥用呢?
圖片來源:www.toutiao.com
例如,中國那么多基建項目,架橋,修路什么的,在大橋合攏或者在海底鋪沉管的時候,都需要很多臺工程機械配合,比如讓一段100米長的沉管向北平移1米,怎么實施呢,可能是有四五臺起重機一起合作,那么問題來了,怎么才能讓它們一起行動呢?在對講機里喊“1、2、3,預備,起!”那肯定是不行的,怎么也得對個表吧,比如設定各機都是在1:00:30開始移動。如果都用的各自計算機從互聯(lián)網獲取時間,那么這幾臺起重機的所謂“同時”行動就存在±1秒的差距,比用對講機是強了不少,然而遠遠不夠用。使用北斗授時就不一樣了,各分機之間的時間精度差距降低至納秒的級別,這樣的“同步”精度,甚至比你用長電纜把他們一個個連起來搞所謂“同步控制”的電信號傳輸延時還要小的多,這才是“真·同步”。看起來是各干各的,誰都沒搭理誰,其實卻是“心有靈犀”,動作做到分毫不差。
各個跨海大橋、海底隧道建設現場,動輒上千米的作業(yè)面,時間上差上一點,那就真是失之毫厘謬以千里,所以北斗授時意義相當重大,你可能不會直接使用到,但是它一直在保障你的生活。