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技術(shù)文章/ TECHNICAL ARTICLES

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科普|同步時(shí)鐘系統,讓時(shí)間管理更精確!

更新時(shí)間:2023-11-25      瀏覽次數:587

每當中央電視臺新聞聯(lián)播里熟悉的前奏響起時(shí),我們就能意識到,現在七點(diǎn)鐘了。在那個(gè)手機、互聯(lián)網(wǎng)還未普及的年代里,我們往往通過(guò)一聲“現在是北京時(shí)間19點(diǎn)整”來(lái)進(jìn)行對表。

 

“北京時(shí)間”這個(gè)看似耳熟能詳的詞,你是不是真的了解它呢?今天就讓小編來(lái)跟大家說(shuō)一說(shuō)“北京時(shí)間”。

在我國,中國科學(xué)院國家授時(shí)中心承擔了國家標準時(shí)間(北京時(shí)間)的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)。我們所有人都能通過(guò)起床的鬧鐘、上下班打卡時(shí)間、會(huì )議時(shí)間等不同的形式感受到這些機制的影響。那“北京時(shí)間”究竟是怎么來(lái)的呢?是不是也有一面“大鐘”告訴科研工作者,現在是幾時(shí)幾分幾秒呢?

 

世界時(shí)(Universal Time)

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自從人類(lèi)開(kāi)始記錄太陽(yáng)的升起和落下以來(lái),我們就一直在測量時(shí)間,這也意味著(zhù)時(shí)間測量這門(mén)學(xué)科有著(zhù)悠久的歷史。在20世紀50年代以前,人們對標準時(shí)間的測量和定義來(lái)自于對天體運動(dòng)的觀(guān)測,比如地球自轉一周代表一天。以地球自轉而定義的時(shí)間是世界時(shí)。在過(guò)去的40年里,由于種種原因,地球自轉的速度在逐漸變慢,以地球自轉制定的世界時(shí)也就存在誤差。

原子時(shí)(Atomic Time)

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當以天體運動(dòng)為基礎的宏觀(guān)時(shí)間標準不能適應科學(xué)發(fā)展需要的時(shí)候,為了滿(mǎn)足更高精度的實(shí)際需要,人們的認知又向著(zhù)另一個(gè)方向——微觀(guān)世界發(fā)展,開(kāi)始到物質(zhì)的微觀(guān)世界去尋找具有更穩定周期的物質(zhì)運動(dòng)形式用作新的時(shí)間測量標準??茖W(xué)家們發(fā)現:位于海平面上的銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細能級間在零磁場(chǎng)中躍遷振蕩9192631770個(gè)周期所持續的時(shí)間為一個(gè)原子時(shí)秒,而這種現象非常穩定。取自微觀(guān)世界的銫原子內部躍遷所經(jīng)歷的時(shí)間作為基準,這樣獲得的時(shí)間稱(chēng)為原子時(shí)。

       那我們究竟該用世界時(shí)還是原子時(shí)來(lái)作為我們現代計時(shí)系統呢?

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協(xié)調世界時(shí)(Universal Time Coordinated)

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原子時(shí)秒長(cháng)穩定,但時(shí)刻沒(méi)有物理內涵,而世界時(shí)恰好相反,它的秒長(cháng)不穩定,但它的時(shí)刻能和日升日落等變化相對應,而這種規律和人們的日常生活密切相關(guān)。

為了協(xié)調統一兩者,1972年,一種稱(chēng)為協(xié)調世界時(shí)的折衷時(shí)標面世。協(xié)調世界時(shí)是以原子時(shí)秒長(cháng)為基礎,在時(shí)刻上盡量接近于世界時(shí)的一種時(shí)間計量系統。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是當世界時(shí)和原子時(shí)時(shí)差超過(guò)0.9秒后,通過(guò)閏秒的方式,使其增加或減少1秒,協(xié)調得到的時(shí)間尺度就是協(xié)調世界時(shí)。至今為止,全球已經(jīng)進(jìn)行了27次閏秒,離我們最近的一次閏秒是在北京時(shí)間2017年1月1日7時(shí)59分59秒(時(shí)鐘顯示07:59:60)。

確認過(guò)眼神,原來(lái)我們都是見(jiàn)證過(guò)歷史的人。


下一次“閏秒”的出現時(shí)間,由于毫無(wú)規律,所以暫時(shí)還無(wú)法推算,不過(guò)還是可以淺淺的期待一下。

協(xié)調世界時(shí)作為全球的時(shí)間標準,每個(gè)國家都規定一個(gè)協(xié)調世界時(shí)作為國家的標準時(shí)間的發(fā)播和應用,例如UTC(PTB)、UTC(NICT)、UTC(IT)分別代表了德國、日本和意大利的國家標準時(shí)間。我國保持的協(xié)調世界時(shí)記為UTC(NTSC),其表示0時(shí)區的時(shí)間,而北京位于東八區時(shí)區,所以北京時(shí)間 = UTC(NTSC) + 8小時(shí)。

     北京時(shí)間的應用

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隨著(zhù)科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展,人們對于時(shí)間精度的要求也越來(lái)越高,比如火箭、衛星的發(fā)射,衛星導航系統等都要求時(shí)間同步精度能達納秒級。納秒級對于我們普通人日常生活而言可能很難體會(huì )到,但毫秒量級的時(shí)間誤差還是很容易在日常生活中感受到。比如機場(chǎng)、高鐵站、地鐵,5G通信,金融交易,智能電網(wǎng)等方方面面都存在毫秒量級的時(shí)間同步應用。

如果高鐵站的時(shí)間同步誤差在秒級,復興號列車(chē)以300km/h的速度行駛,誤差1s,則會(huì )存在大約83.33米的誤差,就好比你站在地標對應的上車(chē)位置,而火車(chē)還未駛入站臺。

 

賽思利用一級母鐘和二級母鐘進(jìn)行時(shí)間組網(wǎng)的方式形成高精度的時(shí)鐘系統,從傳統的NTP同步采用更高精度的PTP同步方式,實(shí)現毫秒級時(shí)間同步到微妙級時(shí)間同步的跳躍。

 

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賽思軌道交通時(shí)鐘系統解決方案

 

賽思已經(jīng)為全國超過(guò)20多個(gè)省市提供了高精度軌道交通時(shí)鐘系統解決方案,受到了客戶(hù)。

 

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賽思部分軌道交通客戶(hù)

如今我們出行乘坐高鐵,按照不同顏色的地標找到對應車(chē)廂,火車(chē)剛好停在正確的位置,這都歸功于高鐵站的時(shí)刻表精度達毫秒量級,再也不會(huì )出現你拖著(zhù)行李箱在站臺狂奔找車(chē)廂的場(chǎng)景了。

隨著(zhù)5G時(shí)代的到來(lái),一系列智能化的應用場(chǎng)景不斷增加,例如自動(dòng)駕駛、遠程醫療、智慧城市等,這些應用對基站間的時(shí)間同步要求已經(jīng)達微秒量級。近期,在中國電信5G網(wǎng)絡(luò )的加持下,浙江大學(xué)醫學(xué)院附屬邵逸夫醫院普外科梁霄主任醫師通過(guò)手術(shù)指令操作遠在新疆兵團阿拉爾醫院手術(shù)室內的機械臂,成功為一名當地患者實(shí)施了膽囊切除術(shù)。如此遠距離的“空中醫療”能夠順利完成,有賴(lài)于5G網(wǎng)絡(luò )高速率、大連接和低時(shí)延的特點(diǎn)。如果兩地基站時(shí)延過(guò)大,可能會(huì )出現信號卡頓、處理不及時(shí)、反饋信息遲鈍等問(wèn)題。在5G通信背景下的遠程醫療得到了新發(fā)展,可以讓更多患者享受到高水平、高質(zhì)量的醫療服務(wù)。
 

賽思為運營(yíng)商提供強大功能的BBU池同步解決方案,通過(guò)有源放大設備把2路GPS/北斗信號(1主1備)放大后轉發(fā)至同站址下的多套BBU(級聯(lián)拓展后系統最高可支持128套)實(shí)現多臺BBU共享GPS/北斗信號,保障了各大運營(yíng)商無(wú)線(xiàn)基站的高精度時(shí)間同步。

 

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賽思BBU池同步解決方案

 

        總的來(lái)說(shuō),時(shí)間同步系統在現代社會(huì )中具有重要的應用和意義。它可以確保不同設備之間的時(shí)間一致性,提高各個(gè)領(lǐng)域的工作效率和安全性。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對時(shí)間同步系統的需求也越來(lái)越高,未來(lái)賽思時(shí)間同步系統將會(huì )繼續發(fā)展和完善,以適應更多領(lǐng)域的需求。

 

電話(huà):TEL(來(lái)電請告知來(lái)自智能制造網(wǎng))

15347823393

地址:ADDRESS

浙江省嘉興市南湖區順澤路1376號

關(guān)注公眾號

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