界上最寶貴的東西是什么？

我相信很多人的答案是——“時間”。

沒錯，時間非常之重要。古時候，無數(shù)先賢告誡我們，要好好珍惜時間、利用時間，正所謂“一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰”。

那么，問題來了，古人既沒有鐘，也沒有表，他們是如何獲知時間的呢？

“敬記天時，以授民也”

大家應(yīng)該記得，古裝劇里，一天被分為十二個時辰。

入夜之后，每隔一個時辰，就會有更夫打更——一邊有節(jié)奏地敲擊梆子，一邊吆喝：“天干物燥，小心火燭！”

是的，古人想要獲知時間信息，基本靠“聽”。

當(dāng)時，有那么一群“公務(wù)員”，他們通過圭表、日冕等工具確認(rèn)時間，然后通過鐘樓敲鐘、鼓樓擊鼓、更夫打更等方式，將時間信息傳遞給周邊居民。

在皇帝身邊，還有一群職位更高的星象學(xué)專家。他們負(fù)責(zé)夜觀天象、制定歷法，指導(dǎo)農(nóng)民按時進(jìn)行播種、施肥和收獲。

歷史上對這種建立時間標(biāo)準(zhǔn)、傳遞時間信息的行為，稱為“敬記天時，以授民也”，縮寫一下，也就是“授時”。

國外呢，則將這種行為稱之為時間服務(wù)，也就是Time Service。

從歷書時到原子時，時間系統(tǒng)的演進(jìn)

到了17~19世紀(jì)，隨著人類機(jī)械工藝的不斷精進(jìn)，鐘表制造業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期，并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

鐘表的迅速普及，逐漸改變了人們的時間觀念，也推動了社會的發(fā)展和進(jìn)步。

懷表——19世紀(jì)英倫紳士的標(biāo)配

進(jìn)入20世紀(jì)后，電子工業(yè)迅速發(fā)展，電池驅(qū)動鐘、交流電鐘、電機(jī)械表、石英電子鐘表相繼問世。鐘表進(jìn)入了微電子技術(shù)與精密機(jī)械相結(jié)合的石英化新時期，每日誤差逐漸被控制在0.5秒以內(nèi)。

與此同時，人類對時間的認(rèn)知也進(jìn)入了全新階段，逐步建立了“時間系統(tǒng)”的概念。

時間系統(tǒng)，也稱為時間頻率基準(zhǔn)。說白了，就是如何衡量時間。

常見的時間系統(tǒng)包括三種，分別是：

• 以地球自轉(zhuǎn)周期為基準(zhǔn)的世界時（Universal Time，UT）
• 以地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期為基準(zhǔn)的歷書時（Ephemeris Time，ET）
• 以物質(zhì)內(nèi)部原子（例如銫原子）發(fā)射的電磁振蕩頻率為基準(zhǔn)的原子時（Atomic time，AT）

世界時存在不均勻性，歷書時測量精度低，所以，1967年第13屆世界度量衡會議上，各國代表投票決定采用原子時取代歷書時，作為基本時間計量系統(tǒng)。原子時的秒長，被規(guī)定為國際單位制的時間單位，作為三大物理量的基本單位之一。

目前國際通用的標(biāo)準(zhǔn)時間，叫做協(xié)調(diào)世界時（Universal Time Coordinated，UTC），也稱“世界標(biāo)準(zhǔn)時間”。它是原子時和世界時的結(jié)合，以原子時的秒長為基礎(chǔ)，在時刻上盡量接近于世界時。

我們都知道，地球根據(jù)經(jīng)度分為24個時區(qū)。我們中國雖然地跨5個時區(qū)，但統(tǒng)一采用“北京時間”，也就是“UTC+8”時區(qū)。

我們國家所處的時區(qū)

授時到底有哪些方式

計時工具和時間系統(tǒng)發(fā)生了巨變，授時方式當(dāng)然也要跟著變。

授時過程，其實就是一個通信的過程。電磁理論改變了通信，也同樣改變了授時。

根據(jù)不同的電磁波頻率以及傳遞手段，現(xiàn)代授時技術(shù)被分為以下幾種：

1.短波授時

采用波長在100m～10m（頻率：3MHz～30MHz）的短波無線電進(jìn)行授時。

以我們國家為例。在陜西臨潼，有一個中國科學(xué)院國家授時中心總部。這里承擔(dān)著我國國家標(biāo)準(zhǔn)時間（北京時間）的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)。

國家授時中心的授時臺，設(shè)置在陜西蒲城。這里的短波電臺會使用2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz頻率，全天連續(xù)發(fā)播我國短波無線電時號，呼號為BPM。

短波授時信號通過天波和地波傳輸。地波可以傳輸100公里，天波的話，覆蓋半徑超過3000公里，基本覆蓋全國疆域，授時精度為毫秒量級。

2.長波授時

采用波長在10km-1km（頻率：30KHz～300KHz）的長波無線電進(jìn)行授時。

國家授時中心的長波電臺呼號為BPL，發(fā)射頻率為100KHz。

長波授時信號的地波作用距離為1000-2000公里，天波信號為3000公里，基本覆蓋我國內(nèi)陸及近海海域，授時精度為微秒量級。

3.低頻時碼授時

低頻時碼授時屬于一種特殊的長波授時，它適用于區(qū)域性的標(biāo)準(zhǔn)時間頻率傳輸。

國家授時中心采用載頻為68.5KHz的連續(xù)波時碼授時體制技術(shù)。

我們常見的電波鐘/電波表，就可以接收這種信號，自動進(jìn)行時間校對，精度可以達(dá)到30萬年誤差不超過1秒。

電波表

4.電話授時

利用電話網(wǎng)絡(luò)傳送標(biāo)準(zhǔn)時間，稱為電話授時。

例如，通過專用電話時碼接收機(jī)，撥打國家授時中心的服務(wù)專線電話，即可自動獲得標(biāo)準(zhǔn)北京時間顯示和輸出，授時精度10毫秒。

5.電視授時

哈哈，這個可不是指每天19點的新聞聯(lián)播播報。

大家應(yīng)該都不會想到，其實中央電視臺在自家的電視信號中，“偷偷”插入了由原子鐘提供的時間信息。用戶設(shè)備接收電視信號后，加以改正，便可實現(xiàn)定時，精度約為10微秒。

6.網(wǎng)絡(luò)授時

這個大家應(yīng)該比較熟悉。我們電腦上經(jīng)常使用的NTP（Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議），就是網(wǎng)絡(luò)授時。

只要設(shè)置了目標(biāo)NTP服務(wù)器的IP地址，本地計算機(jī)就可以實現(xiàn)時間同步。

NTP配置界面

7.衛(wèi)星授時

前面我們介紹的都是地基的授時方式，接下來，我們來看看現(xiàn)在最流行的天基授時方式，也就是“衛(wèi)星授時”。

我們每天都會用到百度、高德這樣的導(dǎo)航和定位App。大家應(yīng)該也知道，這些App之所以能實現(xiàn)導(dǎo)航和定位，是因為手機(jī)能夠和衛(wèi)星通訊，使用衛(wèi)星提供的服務(wù)。

提供導(dǎo)航定位服務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)，我們稱之為GNSS系統(tǒng)（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）。

大名鼎鼎的GPS，是美國的GNSS系統(tǒng)，也是全球最早的GNSS系統(tǒng)。而現(xiàn)在名聲大噪的北斗，則是我們中國自主研發(fā)和建設(shè)的GNSS系統(tǒng)。

同樣具備全球覆蓋能力的GNSS系統(tǒng)，還包括俄羅斯的GLONASS（格洛納斯）和歐洲的Galileo（伽利略）。

除了全球性的衛(wèi)星系統(tǒng)之外，GNSS還包括一些區(qū)域性的系統(tǒng)以及增強(qiáng)系統(tǒng)。

很多人并不知道，GNSS系統(tǒng)除了定位和導(dǎo)航之外，還有一個非常重要的功能，那就是——授時。

GNSS三大核心能力，通常簡稱為PVT，也就是Position（位置）、Velocity（速度）和Time（時間）。

那么，GNSS是如何實現(xiàn)授時的呢？

在每一顆GNSS衛(wèi)星上，都配備有原子鐘。這就使得發(fā)送的衛(wèi)星信號中包含有精確的時間數(shù)據(jù)。通過專用接收機(jī)或者GNSS授時模組，可以對這些信號加以解碼，就能快速地將設(shè)備與原子鐘進(jìn)行時間同步。

相比于前面所說的長波、短波、網(wǎng)絡(luò)等授時技術(shù)，GNSS衛(wèi)星授時擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

首先，GNSS授時的精度更高。

以北斗為例。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時間，叫做BDT。BDT屬原子時，可以溯源到我國國家授時中心的協(xié)調(diào)世界時UTC，與UTC的時差控制準(zhǔn)確度小于100ns。

除了精度之外，GNSS衛(wèi)星授時還有先天的覆蓋優(yōu)勢。

長波、短波地基授時，都有物理傳播距離的限制。如果遇到高山等環(huán)境阻隔，傳播距離將進(jìn)一步縮小。

而GNSS衛(wèi)星授時在覆蓋能力上明顯要強(qiáng)得多。尤其是針對遠(yuǎn)洋航海及航空航天場景，GNSS衛(wèi)星授時更是優(yōu)勢明顯。

授時服務(wù)的應(yīng)用場景

說了半天，我們?yōu)槭裁葱枰冗@么高的授時服務(wù)呢？難道只是為了方便網(wǎng)購秒殺嗎？

當(dāng)然不是。

以我們?nèi)祟惖纳順O限，毫秒級精度就已經(jīng)足夠用了。像GNSS這樣的高精度授時，主要用于高科技領(lǐng)域。

人類競技運動，一般只精確到毫秒級

最早期的高精度授時應(yīng)用需求，來自航空航天。

航空航天飛行器，往往以極高的速度飛行。如果沒有精準(zhǔn)的時間同步，就無法對飛行器的準(zhǔn)確位置進(jìn)行確認(rèn)。

尤其是太空對接等場景，如果兩個飛行器的時間不同步，那么距離就會差之千里，飛行姿態(tài)也會存在巨大誤差，最終導(dǎo)致嚴(yán)重事故。

除了科研領(lǐng)域之外，隨著高精尖科技逐漸在各行各業(yè)落地，很多和我們生活息息相關(guān)的系統(tǒng)，也有了高精度授時需求。例如電力系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。

電力行業(yè)為什么會要求時間同步？

很簡單啊，我們用的都是交流電，交流電中的電流方向是隨時間變化的。當(dāng)不同的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行并網(wǎng)時，如果時間不一致，你波峰波谷就不一致，輕則帶來多余的能量損耗，重則直接短路，毀壞設(shè)備，癱瘓電網(wǎng)，造成大規(guī)模停電。

電網(wǎng)設(shè)備

金融領(lǐng)域同樣依賴時間同步。

現(xiàn)在我們都是數(shù)字化金融，所有的交易都通過電腦和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。系統(tǒng)時間不同步，很可能導(dǎo)致交易失敗，在瞬息萬變的市場中錯過機(jī)會。不同步的時間，也有可能被黑客利用，給系統(tǒng)帶來安全隱患。

我們所熟悉的通信系統(tǒng)，同樣離不開高精度授時的支持。

通信基站的切換、漫游需要精準(zhǔn)的時間控制，對同步精度的要求高，也需要足夠的穩(wěn)定性。以TD-LTE為代表的TDD時分系統(tǒng)對時間同步的要求更高，系統(tǒng)時間同步要求在±1.5μs。

我們現(xiàn)在使用的5G，基本上也是采用TDD時分復(fù)用模式。在大速率數(shù)據(jù)傳輸過程中，對時間同步精度要求極高。如果通信設(shè)備之間時間不同步，將影響時隙和幀，進(jìn)而影響業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行。

除了上述行業(yè)之外，包括交通調(diào)度、地理測繪、防震減災(zāi)、氣象監(jiān)測等各個領(lǐng)域，都對高精度時間同步有剛性需求。

高精度授時模組

目前來看，GNSS衛(wèi)星授時憑借授時精度高、覆蓋范圍廣、實現(xiàn)成本低等優(yōu)勢，已然成為最受用戶歡迎、應(yīng)用最為廣泛的授時方式。

越來越多的行業(yè)選擇GNSS衛(wèi)星授時，作為本行業(yè)的時間解決方案。GNSS授時模組新品迭出，發(fā)貨量逐年攀升，市場前景一片大好。

以移遠(yuǎn)通信的L26-T和LC98S模組為例。

這兩款模組都是車規(guī)級高精度GNSS授時模組，支持 GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 和QZSS 多衛(wèi)星系統(tǒng)，并集成差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）和星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）（包括WAAS、EGNOS、MSAS和GAGAN），可顯著提高授時穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。即使在復(fù)雜信號環(huán)境下，也可提供高精度、高完整性的精密授時服務(wù)。

Position hold模式的存在，大幅減小了模組的授時抖動。支持單星授時，即使在可見衛(wèi)星只有一顆的情況下也能保持高精度授時。AGNSS功能，也可以幫助模組顯著縮減首次定位時間。

高精度授時模組

L26-T和LC98S模組出廠前會經(jīng)過嚴(yán)苛的可靠性測試，確保其能夠在復(fù)雜環(huán)境下正常工作，為全球通信基站、金融服務(wù)、電力系統(tǒng)、鐵路調(diào)度等行業(yè)應(yīng)用提供精密授時服務(wù)。

好啦，說了那么多，大家對授時應(yīng)該有了全面的了解吧？

隨著數(shù)字化浪潮的不斷深入，高精度授時服務(wù)將走進(jìn)更多的行業(yè)，誕生更多的應(yīng)用場景。授時相關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)，重要性日益凸顯，逐漸成為國家的重要信息化基礎(chǔ)設(shè)施。

高精度授時服務(wù)，將徹底改變我們每個人的生活。