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北斗导航,精确定位看星钟
来源:中国航天报飞天科普周刊     日期:2014年03月21日    字体:【】【】【

核心提示:

时间是什么?

商人说:时间是金钱;医生说:时间是生命;军人说:时间是胜利。

而对“北斗”来说,时间意味着精确定位。

日前,中国航天科工二院203所研制的北斗二代卫星时间频率基准系统顺利交付,该系统可为北斗二代导航测试中心提供统一的时间基准和频率基准。

据了解,通过时间频率标准溯源链和各种授时服务体系,可以为国防建设、国家安全等诸多行业和用户提供国家标准时间频率服务,特别是对我国航天技术领域的火箭、卫星发射、导航、定位和关系国家安全的试验提供高可靠、高精度的授时保障。

而对我们普通人来讲,有一个精确的时间,“北斗”才能为你精确定位。

时间差1毫秒,卫星定位失之千里

为何对“北斗”来说,时间意味着精确定位?

这就要从它的定位原理说起。电磁波的传播速率接近光速,为3×10-8米/秒。因此,只要测定电磁波在两点间传播的时间,就可知道两点间距离。

以一颗北斗定位卫星为例,当它接收到地球上终端的信号时,只要计算出信号在卫星和终端之间传播需要的时间,就能知道它们之间的距离。如果同时有三颗卫星的话,通过计算它们轨道的位置到终端的距离,就很容易知道终端具体所在。

因此,每个定位卫星上,都会有星载钟。“星钟的精度非常重要。”中国航天科工二院203所时间频率计量专家说,“一个时钟哪怕只差1毫秒,就会给定位带来几公里的误差,如果再考虑时钟稳定性带来的影响,误差将会更大。”

美国GPS,授时误差仅为10纳秒

时间对定位这么重要,星载钟自然不凡。以GPS卫星为例,其用的就是星载原子钟,高精度的原子钟甚至可以达到每100万年才误差1秒。

1974年,美国发射导航技术试验卫星1号。作为导航GPS系统的先驱,该卫星载有两个铷原子钟。

1977年,美国发射了导航技术试验卫星2号,载有两个铯原子钟,在太空中良好地运行了18个月。

随后,美国相继发射了第一代GPS系统的前三颗卫星,卫星上携带有铷原子钟,但它们的平均寿命都很短,不到一年。星钟失效直接影响了导航卫星的性能,因此美国随后对星钟进行了无数次改进,从而有了今天GPS 系统携带的原子钟,也很少再见到卫星因为星钟的缘故而失效。

1999年,美国对第三代GPS卫星系统设定了一个目标:即定位精度0.5米,授时误差仅10纳秒。

“因此,北斗要想替代GPS,星钟要有较高的准确度、稳定度和可靠性。”203所有关专家表示。

“校表”,让“北斗”的星钟更准

原子钟很准,但谁也不敢保证它上天之后不会出问题。

203所相关专家介绍:“如果卫星发射之后再发现星钟有问题,就会影响卫星正常运转,甚至是卫星失效。因此,需要在上天之前对星钟进行检测,保证其稳定性和准确度。”

这就是给“北斗校表”的由来。

2014年2月,203所研制的北斗二代卫星时间频率基准系统顺利交付使用,据了解,该系统利用氢原子钟频率标准,氢原子钟采用203所自研的蓝宝石氢钟,其频率准确度可达5E-13,1050年的守时偏差远小于1毫秒。

“系统主要是为检查星钟的性能提供参考标准,并给测量设备提供时间统一信号。”该系统研制人员说,“通过检测的星钟,就能稳定地工作,就不会影响‘北斗’的精确定位了。”(王亮 吴巍 袁志勇)

延伸阅读:

未来战争或将是场时间之战

2009年12月22日,《中国人民解放军标准时间管理规定》发布。

其实,美国国防部早在1971年就对其所属单位使用的精密时间标准进行规范,实现了美军全球化战略时间标准的高度统一。

伊拉克战争爆发时,大批轰炸机、战斗机直扑伊拉克首都巴格达,除了利用卫星进行精确定位外,也离不开高精度的授时系统。美军通过该系统对目标实现多维锁定,在时间统一的基础上,为武器实施“护驾”,精确制导炸弹准确无误地将一座座建筑彻底摧毁。

如果时间不准,战场上会出现什么状况,有人形象举例:如果有10个雷达站,当一架敌机偷袭时,倘若雷达站与站之间时间不准确、不同步,10个信息单元获取的目标在荧屏上可能就是10个,指挥员作决策时就很难迅速判断到底是1个目标还是多个目标,从而延误战机。

据人民网报道,上世纪90年代,我国曾在东南沿海的一次军演中,因为使用GPS卫星授时,导致演习出现了明显问题。

因此,时间基准是人和武器之间、作战系统与作战系统之间、单元与单元之间联系的纽带。时间基准不统一会直接影响武器的精确打击效果和军事行动的成败,随着信息的全球化,未来的战争,或将是一场时间之战。

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