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科普|同步時鐘系統,讓時間管理更精確!
發布于2023-10-27

每當中央電視臺新聞聯播里熟悉的前奏響起時,我們就能意識到,現在七點鐘了。在那個手機、互聯網還未普及的年代里,我們往往通過一聲“現在是北京時間19點整”來進行對表。


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圖源網絡:侵刪

“北京時間”這個看似耳熟能詳的詞,你是不是真的了解它呢?今天就讓小編來跟大家說一說“北京時間”。

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


世界時(Universal Time)

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自從人類開始記錄太陽的升起和落下以來,我們就一直在測量時間,這也意味著時間測量這門學科有著悠久的歷史。在20世紀50年代以前,人們對標準時間的測量和定義來自于對天體運動的觀測,比如地球自轉一周代表一天。以地球自轉而定義的時間是世界時。在過去的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也就存在誤差。

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原子時(Atomic Time)

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當以天體運動為基礎的宏觀時間標準不能適應科學發展需要的時候,為了滿足更高精度的實際需要,人們的認知又向著另一個方向——微觀世界發展,開始到物質的微觀世界去尋找具有更穩定周期的物質運動形式用作新的時間測量標準。科學家們發現:位于海平面上的銫-133原子基態的兩個超精細能級間在零磁場中躍遷振蕩9192631770個周期所持續的時間為一個原子時秒,而這種現象非常穩定。取自微觀世界的銫原子內部躍遷所經歷的時間作為基準,這樣獲得的時間稱為原子時。

那我們究竟該用世界時還是原子時來作為我們現代計時系統呢?

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協調世界時(Universal Time Coordinated)

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原子時秒長穩定,但時刻沒有物理內涵,而世界時恰好相反,它的秒長不穩定,但它的時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。

為了協調統一兩者,1972年,一種稱為協調世界時的折衷時標面世。協調世界時是以原子時秒長為基礎,在時刻上盡量接近于世界時的一種時間計量系統。簡單來說就是當世界時和原子時時差超過0.9秒后,通過閏秒的方式,使其增加或減少1秒,協調得到的時間尺度就是協調世界時。至今為止,全球已經進行了27次閏秒,離我們最近的一次閏秒是在北京時間2017年1月1日7時59分59秒(時鐘顯示07:59:60)。

確認過眼神,原來我們都是見證過歷史的人。

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下一次“閏秒”的出現時間,由于毫無規律,所以暫時還無法推算,不過還是可以淺淺的期待一下。

協調世界時作為全球的時間標準,每個國家都規定一個協調世界時作為國家的標準時間的發播和應用,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間。我國保持的協調世界時記為UTC(NTSC),其表示0時區的時間,而北京位于東八區時區,所以北京時間 = UTC(NTSC) + 8小時。

     北京時間的應用

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隨著科學生產力的發展,人們對于時間精度的要求也越來越高,比如火箭、衛星的發射,導彈制導,衛星導航系統等都要求時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到,但毫秒量級的時間誤差還是很容易在日常生活中感受到。比如機場、高鐵站、地鐵,5G通信,金融交易,智能電網等方方面面都存在毫秒量級的時間同步應用。

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

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賽思利用一級母鐘和二級母鐘進行時間組網的方式形成高精度的時鐘系統,從傳統的NTP同步首創采用更高精度的PTP同步方式,實現毫秒級時間同步到微妙級時間同步的跳躍。


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賽思軌道交通時鐘系統解決方案


賽思已經為全國超過20多個省市提供了高精度軌道交通時鐘系統解決方案,受到了客戶的一致好評。


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賽思部分軌道交通客戶

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

隨著5G時代的到來,一系列智能化的應用場景不斷增加,例如自動駕駛、遠程醫療、智慧城市等,這些應用對基站間的時間同步要求已經達微秒量級。近期,在中國電信5G網絡的加持下,浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院普外科梁霄主任醫師通過手術指令操作遠在萬里的新疆兵團阿拉爾醫院手術室內的機械臂,成功為一名當地患者實施了膽囊切除術。如此遠距離的“空中醫療”能夠順利完成,有賴于5G網絡高速率、大連接和低時延的特點。如果兩地基站時延過大,可能會出現信號卡頓、處理不及時、反饋信息遲鈍等問題。在5G通信背景下的遠程醫療得到了新發展,可以讓更多患者享受到高水平、高質量的醫療服務。

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遠程肝膽手術視頻界面(圖源:新浪新聞)


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


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賽思BBU池同步解決方案


        總的來說,時間同步系統在現代社會中具有重要的應用和意義。它可以確保不同設備之間的時間一致性,提高各個領域的工作效率和安全性。隨著技術的不斷發展,人們對時間同步系統的需求也越來越高,未來賽思時間同步系統將會繼續發展和完善,以適應更多領域的需求。

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