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科普|同步时钟系统,让时间管理更精确!

更新时间:2023-11-25      浏览次数:455

每当中央电视台新闻联播里熟悉的前奏响起时,我们就能意识到,现在七点钟了。在那个手机、互联网还未普及的年代里,我们往往通过一声“现在是北京时间19点整”来进行对表。

 

“北京时间”这个看似耳熟能详的词,你是不是真的了解它呢?今天就让小编来跟大家说一说“北京时间”。

在我国,中国科学院国家授时中心承担了国家标准时间(北京时间)的产生、保持和发播任务。我们所有人都能通过起床的闹钟、上下班打卡时间、会议时间等不同的形式感受到这些机制的影响。那“北京时间”究竟是怎么来的呢?是不是也有一面“大钟”告诉科研工作者,现在是几时几分几秒呢?

 

世界时(Universal Time)

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自从人类开始记录太阳的升起和落下以来,我们就一直在测量时间,这也意味着时间测量这门学科有着悠久的历史。在20世纪50年代以前,人们对标准时间的测量和定义来自于对天体运动的观测,比如地球自转一周代表一天。以地球自转而定义的时间是世界时。在过去的40年里,由于种种原因,地球自转的速度在逐渐变慢,以地球自转制定的世界时也就存在误差。

原子时(Atomic Time)

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当以天体运动为基础的宏观时间标准不能适应科学发展需要的时候,为了满足更高精度的实际需要,人们的认知又向着另一个方向——微观世界发展,开始到物质的微观世界去寻找具有更稳定周期的物质运动形式用作新的时间测量标准。科学家们发现:位于海平面上的铯-133原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡9192631770个周期所持续的时间为一个原子时秒,而这种现象非常稳定。取自微观世界的铯原子内部跃迁所经历的时间作为基准,这样获得的时间称为原子时。

       那我们究竟该用世界时还是原子时来作为我们现代计时系统呢?

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协调世界时(Universal Time Coordinated)

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原子时秒长稳定,但时刻没有物理内涵,而世界时恰好相反,它的秒长不稳定,但它的时刻能和日升日落等变化相对应,而这种规律和人们的日常生活密切相关。

为了协调统一两者,1972年,一种称为协调世界时的折衷时标面世。协调世界时是以原子时秒长为基础,在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。简单来说就是当世界时和原子时时差超过0.9秒后,通过闰秒的方式,使其增加或减少1秒,协调得到的时间尺度就是协调世界时。至今为止,全球已经进行了27次闰秒,离我们最近的一次闰秒是在北京时间2017年1月1日7时59分59秒(时钟显示07:59:60)。

确认过眼神,原来我们都是见证过历史的人。


下一次“闰秒”的出现时间,由于毫无规律,所以暂时还无法推算,不过还是可以浅浅的期待一下。

协调世界时作为全球的时间标准,每个国家都规定一个协调世界时作为国家的标准时间的发播和应用,例如UTC(PTB)、UTC(NICT)、UTC(IT)分别代表了德国、日本和意大利的国家标准时间。我国保持的协调世界时记为UTC(NTSC),其表示0时区的时间,而北京位于东八区时区,所以北京时间 = UTC(NTSC) + 8小时。

     北京时间的应用

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随着科学生产力的发展,人们对于时间精度的要求也越来越高,比如火箭、卫星的发射,卫星导航系统等都要求时间同步精度能达纳秒级。纳秒级对于我们普通人日常生活而言可能很难体会到,但毫秒量级的时间误差还是很容易在日常生活中感受到。比如机场、高铁站、地铁,5G通信,金融交易,智能电网等方方面面都存在毫秒量级的时间同步应用。

如果高铁站的时间同步误差在秒级,复兴号列车以300km/h的速度行驶,误差1s,则会存在大约83.33米的误差,就好比你站在地标对应的上车位置,而火车还未驶入站台。

 

赛思利用一级母钟和二级母钟进行时间组网的方式形成高精度的时钟系统,从传统的NTP同步采用更高精度的PTP同步方式,实现毫秒级时间同步到微妙级时间同步的跳跃。

 

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赛思轨道交通时钟系统解决方案

 

赛思已经为全国超过20多个省市提供了高精度轨道交通时钟系统解决方案,受到了客户。

 

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赛思部分轨道交通客户

如今我们出行乘坐高铁,按照不同颜色的地标找到对应车厢,火车刚好停在正确的位置,这都归功于高铁站的时刻表精度达毫秒量级,再也不会出现你拖着行李箱在站台狂奔找车厢的场景了。

随着5G时代的到来,一系列智能化的应用场景不断增加,例如自动驾驶、远程医疗、智慧城市等,这些应用对基站间的时间同步要求已经达微秒量级。近期,在中国电信5G网络的加持下,浙江大学医学院附属邵逸夫医院普外科梁霄主任医师通过手术指令操作远在新疆兵团阿拉尔医院手术室内的机械臂,成功为一名当地患者实施了胆囊切除术。如此远距离的“空中医疗”能够顺利完成,有赖于5G网络高速率、大连接和低时延的特点。如果两地基站时延过大,可能会出现信号卡顿、处理不及时、反馈信息迟钝等问题。在5G通信背景下的远程医疗得到了新发展,可以让更多患者享受到高水平、高质量的医疗服务。
 

赛思为运营商提供强大功能的BBU池同步解决方案,通过有源放大设备把2路GPS/北斗信号(1主1备)放大后转发至同站址下的多套BBU(级联拓展后系统最高可支持128套)实现多台BBU共享GPS/北斗信号,保障了各大运营商无线基站的高精度时间同步。

 

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赛思BBU池同步解决方案

 

        总的来说,时间同步系统在现代社会中具有重要的应用和意义。它可以确保不同设备之间的时间一致性,提高各个领域的工作效率和安全性。随着技术的不断发展,人们对时间同步系统的需求也越来越高,未来赛思时间同步系统将会继续发展和完善,以适应更多领域的需求。

 

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