作者：有吨之年

审稿专家：山东大学微电子学院 北斗系统通信系统应用技术 教授 邢建平

"您已偏航，已为您重新规划路线，请在适当位置掉头……"听到这句话，有些人会联想人生哲学，有些人会乖乖掉头，我每次都会反省，刚才走错了还是导航不准。

定位的时候，你至少要知道自己与4颗不同卫星的距离，所以那几个卫星具体在哪，你们距离多远，这些数据准不准直接决定着最后的定位计算准不准。而精准计算的基础，是大家要有一个统一的精密时间系统。

# 一秒

建立时间系统，需要确定“时刻”和“时段”两个概念。时刻是具体几点几分几秒，时段是一秒有多长。很显然，一秒多长得依赖某种连续、稳定的周期运动现象作为基准。自古以来，根据日出日落就能轻松定义一天有多长，但直到后来深入研究了原子才能很好地定义一秒多长。

目前最精准的1秒（原子秒）是铯—133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射9192631770个周期持续的时间。通俗地讲，就是通过铯—133原子的振荡周期算出1秒的长度（这种振荡持续且稳定）。

# 北京时间

地球的自转也是连续、稳定的周期运动，以此为基础确定的时间叫世界时，被天文学、大地天文测量等学科所使用。那生活中的北京时间（或格林尼治时间）用的是这个吗？答案却不是。因为地球的自转有着长期变慢的趋势，大约每年就慢1秒，所以世界时不是严格意义上均匀的时间系统，当然就不能按这个整年时间去倒推每一秒有多长。

既然原子钟的秒长极其稳定，那我们就用原子钟确定标准秒长，每年被地球搞多出来的一秒选择人为地在某个时刻加上，加出来的那一秒叫闰秒，和闰年是一个操作套路，以此确定的时间叫协调世界时（简称：协调时）。

当协调时和世界时差距超过0.9秒的时候，给协调时加插一秒。现在几乎所有国家都采用协调时，北京时间也是如此。

# 卫星的时间

每颗导航授时卫星的工作运行依赖于它自带的原子钟，其计数器每1.5秒增加一次时间，经过一星期（604800秒）后返回到0，周数加1，周数到最大值时也要归零。比如，北斗的时间起点是2006年1月1日0时0分0秒，周计数最大值为8191，那么到2164年就会遇到一次周清零发生。

原子钟的计时信息会写在播发的导航授时电文当中，至于闰秒问题，全交给接收软件去换算，卫星只负责连续计时，所以它与协调时的差距就越来越大，大约每年会增加1秒。

# 监控

卫星在飞行的时候要考虑相对论效应，卫星的原子钟比地面上相同的原子钟每天快38微秒，所以根据这个数值得事先调整原子钟的频率再发上天。除此以外，总还有一些未知的扰动会给卫星原子钟带来无法预计的误差，所以尚不能直接把卫星自己计量的时间作为导航中测距的基础，以此提供其他服务当然也不行了。

那究竟该用什么时间做基础呢？是地面监控给出的系统时间。北斗的地面监控时间来源于北京的解放军时频中心的守时原子钟组，它是北斗的系统时间基准，我们接受的各种服务（比如导航）都基于这个系统时间，只不过在播发的导航授时电文中，卫星时间和系统时间都包含在其中，同样，这两者都是连续时间，闰秒问题还是会交给接收机去换算。至于单个卫星上的时间如何被监控，这不难，咱给卫星多带几个原子钟，拿系统时间实时比对一下，选一个最合适的时钟来用就可以了。

当然啦，我们需要严密监控北斗时与国际原子时之间的偏差，但无论如何，拥有了北斗系统，我们就能拥有一套自己的时间系统，也是一套精密的时间系统。

文章由科普中国-星空计划（创作培育）出品，转载请注明来源。

来源: 星空计划

内容资源由项目单位提供