京准时钟同步：从晨钟暮鼓到北斗卫星授时都经历了什么?
京准时钟同步：从晨钟暮鼓到北斗卫星授时都经历了什么?
自从有了时间，就有了时间传递的需求，为了统一一个圈子的时间，需要将时间从一个地方传递到另一个地方，如果传递的是一个地区或国家的标准时间，就成了授时。从古至今，随着科技进步，授时也在不断发展。
1、从晨钟暮鼓到打更报时，是古代的授时方式
在历史悠久的城市，如北京、南京、西安，城市中心都有钟楼和鼓楼，而它们的作用还得从一千多年前的齐武帝说起。
公元485年的一天早上，太阳暖暖地照在南朝齐国的皇宫内，可齐武帝却非常郁闷，因为皇宫的时间不对，他直到现在还没有吃上早饭。
在这个都城，观测天象的官员非常敬业，用圭表、滴漏等仪器测量出准确的时间，每到整点都用鼓声向周围传递时间。皇宫离他敲鼓报时的地方太远，有的时候能听到鼓声，有的时候却听不到。就像这天，皇帝听到了鼓声，知道早饭时间到了，可御厨却没有听到，所以就没能开饭。
北京的钟楼
“必须要统一皇宫的时间！”，齐武帝下定决心。这时寺庙里的钟声隐隐约约传来，使他茅塞顿开，当即下令，在皇宫较高的景云楼里挂起一个大钟，因为景云楼位置比较高，一定能听到报时的鼓声，根据鼓声敲响大钟，这样整个皇宫都能清楚地知道准确的时间，再也不会耽误事情了。
能按时吃到早饭，齐武帝很开心。但他却没想到，自此开创了“晨钟暮鼓”的授时新制度。
到了唐朝，晨钟暮鼓报时已经非常成熟，大一点的城市都建有钟鼓楼。早上敲钟，城门打开，人们可以随意进出城。晚上敲鼓，宵禁开始，所有人禁止随意走动。每个时辰都有不同的钟声或鼓声告诉人们时间，悠扬、清脆的钟声能传几十公里，成为整个城市和周围村庄人们生活、工作的标准时间。“朝钟暮鼓不到耳，明月孤云长挂情”、“百年鼎鼎世共悲，晨钟暮鼓无时休”，这些诗句都是古时授时方法的写照。
在古代。还有另外一种专门在夜间进行时间传递的方法——打更，并由此产生了一种职业——更夫。更夫十分辛苦，晚上不能睡觉，要守着滴漏（一种记时的器具）或燃香（也是计时的东西），才能掌握准确的时间。红楼梦里有一首诗写道“五夜无烦侍女添”，说的就是人们在晚上需要频繁给滴漏加水的故事。
更夫在夜间为人们传递时间
根据滴漏的时间，更夫在每更都要在城市里面巡游，用梆子或锣声向人们报告时间。当听到更夫的打更声，人们便知道了时间，按惯例做事情，过着按部就班的平静生活。
2、午炮报时和落球报时，是中世纪的授时方式
晨钟暮鼓的报时方式延续了上千年，直到清末，耸起的高楼阻挡了钟声，人们也找到了声音更大的装备——大炮，于是进入了午炮报时时代。
北京德胜门东侧的城墙上有一座炮台，用来报时的“午炮”就架在那里。炮台有电话与北京观象台连通。每当快到中午时，两个值班人分工合作，一人守在电话旁，听电话里传来的指令；另一人则揭开炮衣，装好炮药，手持点燃的长香，站在炮位上静候指令下达。收到北京观象台通过电话发来指令，炮台上的人就马上点燃炮药。午炮发出的轰鸣声响彻大街小巷时，人们就知道：现在是中午12点，赶忙对表矫正时间。
当中国人正在进行午炮报时的时候，欧洲人开发出了另外一种落球的报时方式。最先进行落球报时的是英国伦敦的格林尼治天文台。
每天中午13点整，天文台钟楼顶端的圆球准时落下，附近海域停泊的船只据此调节船上的钟表，然后带着调好的钟表升帆出海。虽然今天的我们看这种方法有点粗疏，但海员却对此怀有崇敬之情，因为它曾为海员忠实服务近百年之久。17世纪以后，航海事业蓬勃发展，海员比任何人都更迫切地需要精密时钟。对于海员来说，精密时钟犹如生命线，没有它便难于知道船只的位置，就有触礁的危险。
我国最早进行落球授时的是在上海，19世纪80年代，法租界当局在法国码头设置信号站，正午时刻利用信号塔顶落球报时，为来往上海港的各国船只服务，时间由徐家汇观象台控制。
英国格林尼治天文台和美国海军天文台用于报时的圆球
3、现代的无线电授时，使用方便
到了现代，有了无线电信号，传递时间的手段就更多了，人们可以选择适合自己的时间传递手段。
BPM无线电授时
1）精度在毫秒级的授时是短波授时。
短波波长在10米～100米之间，短波传播距离远，可达几万公里。我国的短波授时是中国科学院国家授时中心的BPM短波授时台，用2.5 MHz 、5MHz、10MHz、15MHz等几个频率广播我国的标准时间和标准频率信息。在整点，就会出现BMP呼号和女声播报，无线电中也调制有时间编码信息，用来自动对时。
2）精度在亚毫秒级的授时是电话授时和低频时码授时。
在我国，很多城市都有117报时台，播打电话117，就可以听到用语音播报的时间。实际上，还有一种更高精度的电话授时系统，就是使用专门的接收设备，拨打国家授时中心的电话授时号码，由电话授时主机发送专门的时间编码到终端，终端解调这种编码，就能得到精度在十毫秒量级的时间。
使用公用电话授时服务是利用公共电话交换网传输时间信息的一种技术方式，是一种常规的授时手段。它工作可靠、成本低廉，能够满足中等精度时间用户的需求，可为科学研究、地震台网、水文监测、电力、通讯、交通等行业提供标准时间信息。
另一种亚毫秒级的授时是低频时码授时系统，工作于第五频段（30-300kHz）。2007年，中国科学院国家授时中心在河南商丘建立了一座大功率、连续发播的商丘授时台，构筑了我国新一代低频时码授时系统，可有效覆盖京、津和长江三角洲等地。低频时码面向广大民用用户开发出了各种挂钟、手表，使用光动能电池作为电源，实现了“永不充电，永不对时”。
低频时码授时的电波表
3）精度在微秒量级的授时是长波授时。
长波（波长在1000～2000米的无线电波）授时可能是最早的无线电授时方法。1910年，法国率先在埃菲尔铁塔顶端使用长波无线电信号发射器进行报时，每天两次广播从巴黎天文台获得的标准时间，发射波长是2000米，主要用来校准海船上的时钟。1913年，发射波长增加到了2500米。
早期的长波授时，在规定时间广播规定的字符，例如，在8点广播字符“A”，附近的电报员听到A以后，将他的时钟调整到8点。现在，长波授时已经能够广播时间编码信息，接收机自动接收长波信号，自动调整本地时钟。
4）更高精度的授时是卫星导航授时。
通常人们以为卫星导航系统是用来导航定位的，实际上每颗卫星提供的是授时信息，导航、定位信息都是由接收机从授时信息导出的。因此，卫星导航系统也是一种授时系统，精度可达纳秒级，是目前应用最广的授时系统。现有的卫星导航系统主要有美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国的北斗卫星导航系统，在建中的欧洲Galileo。
中国人，用北斗授时
看到这里，有人会奇怪，都是卫星导航系统，美国的GPS发展已经很成熟了，为什么还要研制建设北斗系统呢？
据《参考消息》报道，2016年1月26日，由于技术问题，GPS授时出现了百万分之十三秒（13微秒）的授时误差，持续了12小时，使美国和加拿大的警方、消防以及EMS的无线电设备停止运转，欧洲电信网络出现故障，英国广播公司电台停播长达2天，电网系统也部分出现故障等一系列问题。
这则消息充分说明两个问题。一是卫星授时的应用场合非常多，警察、消防、电信、广播、电网都要用到，甚至快递也需要卫星授时。二是依赖GPS授时会对我国国民生产、国防安全带来一定的风险。
怎样避免这个风险呢？很简单，既然单独用GPS有风险，那就同时使用GPS和北斗以减少风险。如果同时使用GPS、GLONASS和北斗进行授时，风险就更小了。
实际上，在我国首选的授时系统应该是北斗系统。因为GPS是由美国军方控制的，在非常时期，美国军方可以关掉某个区域的GPS，甚至发送错误的授时信息，使这个区域内用户的时间出错，造成极大干扰。我国北斗系统尚未启用时，就曾出现过由于GPS信号异常而整个城市无法通信的事件。
北斗系统在授时方面还有一个其他卫星导航系统不具备的优势，就是北斗使用了地球同步轨道卫星。这种卫星的授时误差在整个中国区域内变化不大，并且误差随时间变化也相对缓慢，授时稳定性在时间上和空间上都很高。举个例子，有两个表，一个表的误差是固定的，每天都是5分钟的误差，另一个表的误差是随机的，今天快三分钟，明天慢三分钟，完全不可预料，我们想要哪个表呢？表面上看第一个表的误差大，但它仍然比第二个表好，因为只要固定地减掉5分钟，这个表就准了。
北斗系统即将完成最后一颗卫星的发射，全面开通后，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力。
北斗系统已在各个场合发挥重要作用，也将在更多场合中发挥作用！
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