[陕新闻]北斗上闪烁的陕西科技智慧

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国家授时中心浩平站四十米无线天线。

6月23日9时43分，北斗三号系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心成功发射，北斗三号全球卫星导航系统星座部署目标提前6个月完成。北斗系统是中国自主建设和运营的全球卫星导航系统，着眼于国家安全和经济社会发展的需要。它是一个重要的国家时间/0/基础设施，为全球用户提供全天候、全天时和高精度的定位、导航和定时服务。

北斗系统授时、定位和导航功能的基本原理是时间测量。临潼国家授时中心作为国内唯一专门从事时频科技研究的机构，为北斗全球系统的建设和发展做出了诸多贡献。

那么，北斗系统是如何定时定位的，北斗系统和我们的生活有什么关系？6月24日，我走进国家时间服务中心，采访了相关研究人员。

北京时间的出现

先说熟悉的北京时间。

众所周知，北京时间不是来自北京，而是来自腹地的陕西。

国家授时中心是国内唯一一家专门从事时间频率科学技术研究的机构。其运营和维护的长短波授时系统承担着中国高精度标准时间的生成、维护和广播任务。

国家授时中心副主任卢表示，北京时间是中国的标准时间，比地球东八区使用的国际标准时间早8小时。国际标准时间被称为协调世界时(utc)，是在世界时和原子时之间妥协后的计时系统。

世界时是以地球自转周期为基础的时间尺度，一秒是地球自转周期的1/86400。原子时间是一种基于物质原子发出的电磁振荡频率的时间测量系统。原子时精度比世界时高几千甚至几万倍。但由于地球自转不稳定，根据地球自转设定世界时间会有误差。“按照目前的速度，5000年差1小时，30000年后，零点可能出现太阳升起的现象。因此，科学家们创造了一个时间尺度——协调世界时，它考虑了这两个时间特征。协调世界时是全球统一的国际标准时间，每个人的时间都必须与协调世界时一致。”国家授时中心刘亚博士介绍。

协调世界时由法国巴黎的国际权利局制作。每月1日，国际计量局开始收集上月全球原子钟数据，对全球原子钟进行加权平均，计算国际原子时，加上闰秒，得到调整后的上月全球标准时间。协调世界时(UTC)一般在当月15号左右发布，只是纸质时间，只能解决事后查表的问题，不能直接使用。

为了满足实际应用中标准时间的需要，每个国家都指定了一个准时实验室来产生协调世界时的物理实现。中国的标准时间由国家时间服务中心制作和维护。

在国家授时中心时频基准重点实验室，“北京时间”、“协调世界时”和“国际原子时”分别显示在12个屏幕上。这些原子钟是通过测量原子振荡频率来计时的。目前用于计时的铯原子钟，每一百万年可以达到1秒的误差。国家授时中心拥有中国第一个、世界第四个正点原子钟组，负责确定和维护中国原子时标准和协调世界时标准。

这就是北京时间的来源，从手表到卫星。

精确支持北斗系统

时间生成后，根据用户的不同需求，有不同的方式给出时间。如果需要毫秒时间，可以使用短波授时；如果需要微秒时间，可以用长波计时。“随着科学技术的不断发展，对高精度时间的需求越来越广泛，需要十纳秒(十亿分之一秒)，北斗卫星导航系统可以满足。”卢介绍。

计时用的长波和短波都是无线电波。短波波长在10m ~ 100m之间，长波波长在1000m ~ 2000m之间，两者都以地波和天波的形式传播。地波是指由发射天线辐射并沿地表传播的无线电波。天波是由发射天线发射的无线电波，经高空电离层反射后到达接收点。

北斗卫星导航系统在中国运行后，长短波授时系统得到了扩展。据国家授时中心科技司副司长任晓干介绍，卫星导航系统虽然是导航定位系统，但导航定位的基本原理是时间测量。因此，卫星导航系统需要一套精确可靠的时间频率系统，同时还具有授时功能，其授时精度在十纳秒量级。

依托国家标准时间优势，围绕北斗系统的工程建设和稳定运行，国家授时中心承担了北斗系统的信号、轨道、时间测试评估和新技术测试验证、系统时间溯源、时频系统、原子钟开发等多项关键技术研究任务，在北斗系统的建设、运行和发展中发挥了重要作用。

2015年，国家授时中心建成中国首个全球卫星导航系统全面、实时、连续运行时差监测和授时性能评估系统，全面开展全球卫星导航系统时间监测和服务性能评估，有力支持北斗系统建设和运行。

国家授时中心还长期负责监测北斗卫星的信号质量，独立开发建设了世界上首个以40米天线为核心的北斗空信号质量评估系统。评估结果已成为北斗卫星在网和在轨故障诊断的重要判据和分析依据，实现了北斗三号试验卫星和组网卫星信号的国内第三方权威监测和评估。

同时，国家授时中心建成了“北斗一带一路高精度定位授时中心”，将北斗的定位精度从米提高到厘米，即将形成便于推广的分布式演示装置。目前，这些成果已在甘肃省地面观测网时间同步和地震滑坡监测领域得到应用，填补了我国高精度定位和超高精度授时的应用空白。

接近我们的高精度时间

一个国家的准确时间与国计民生和科研工作密切相关，因此独立准确的计时能力和稳定可靠的计时能力意义重大。

高精度时间不仅在通信、证券、航空空、国防等领域具有重要意义。作为最基本的物理量，它对提高国家科学研究水平也起着基础性的作用。“时间的不同会导致距离的谬误。比如航天器对接，一旦测控系统时间差为百万分之一秒，就会出现300米的距离偏差。”卢对说道。

作为许多科学研究的基础，时间科学得到了广泛的应用。在电力系统中，大量发电机并网时需要保持高度的时间同步，主设备并网的时间要同步到微秒量级。同时，时间也可以在传输线上充当侦察兵。“比如高压输电线路不幸遭雷击，高精度时间可以实现故障点快速定位。”时间科学博物馆工作人员介绍。

5g通信也需要高精度的时间护航。没有时间同步就无法实现通信，5g基站对时间同步的要求非常高，精度在十纳秒以上。

北斗系统是一种混合卫星导航系统，将为我们提供高精度的时间保障。“北斗系统将广泛应用于电力、通信、交通、铁路，以及我们的智慧城市、农业、大数据和区块链。”刘说道。

为了进一步提高我国授时系统的安全性、可靠性和授时精度，2019年，“十三五”国家重大科技基础设施项目高精度地基授时系统建设在Xi安启动，计划2023年完成。

“这个项目是陕西省在“十三五”期间牵头的唯一一个重大国家科技基础设施项目。建成后，Xi安将成为中国时频科学研究、创新和发展的中心，为数字信息发展提供重要支撑。”任小干介绍道。