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北斗導(dǎo)航,精確定位看星鐘

時間:2015年07月30日 信息來源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊:3015 字體:

 

核心提示:

時間是什么?

商人說:時間是金錢;醫(yī)生說:時間是生命;軍人說:時間是勝利。

而對“北斗”來說,時間意味著精確定位。

日前,中國航天科工二院203所研制的北斗二代衛(wèi)星時間頻率基準(zhǔn)系統(tǒng)順利交付,該系統(tǒng)可為北斗二代導(dǎo)航測試中心提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)和頻率基準(zhǔn)。

據(jù)了解,通過時間頻率標(biāo)準(zhǔn)溯源鏈和各種授時服務(wù)體系,可以為國防建設(shè)、國家安全等諸多行業(yè)和用戶提供國家標(biāo)準(zhǔn)時間頻率服務(wù),特別是對我國航天技術(shù)領(lǐng)域的火箭、衛(wèi)星發(fā)射、導(dǎo)航、定位和關(guān)系國家安全的試驗(yàn)提供高可靠、高精度的授時保障。

而對我們普通人來講,有一個精確的時間,“北斗”才能為你精確定位。

時間差1毫秒,衛(wèi)星定位失之千里

為何對“北斗”來說,時間意味著精確定位?

這就要從它的定位原理說起。電磁波的傳播速率接近光速,為3×10-8米/秒。因此,只要測定電磁波在兩點(diǎn)間傳播的時間,就可知道兩點(diǎn)間距離。

以一顆北斗定位衛(wèi)星為例,當(dāng)它接收到地球上終端的信號時,只要計算出信號在衛(wèi)星和終端之間傳播需要的時間,就能知道它們之間的距離。如果同時有三顆衛(wèi)星的話,通過計算它們軌道的位置到終端的距離,就很容易知道終端具體所在。

因此,每個定位衛(wèi)星上,都會有星載鐘。“星鐘的精度非常重要。”中國航天科工二院203所時間頻率計量專家說,“一個時鐘哪怕只差1毫秒,就會給定位帶來幾公里的誤差,如果再考慮時鐘穩(wěn)定性帶來的影響,誤差將會更大?!?/p>

美國gps,授時誤差僅為10納秒

時間對定位這么重要,星載鐘自然不凡。以gps衛(wèi)星為例,其用的就是星載原子鐘,高精度的原子鐘甚至可以達(dá)到每100萬年才誤差1秒。

1974年,美國發(fā)射導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星1號。作為導(dǎo)航gps系統(tǒng)的先驅(qū),該衛(wèi)星載有兩個銣原子鐘。

1977年,美國發(fā)射了導(dǎo)航技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星2號,載有兩個銫原子鐘,在太空中良好地運(yùn)行了18個月。

隨后,美國相繼發(fā)射了第一代gps系統(tǒng)的前三顆衛(wèi)星,衛(wèi)星上攜帶有銣原子鐘,但它們的平均壽命都很短,不到一年。星鐘失效直接影響了導(dǎo)航衛(wèi)星的性能,因此美國隨后對星鐘進(jìn)行了無數(shù)次改進(jìn),從而有了今天gps 系統(tǒng)攜帶的原子鐘,也很少再見到衛(wèi)星因?yàn)樾晴姷木壒识А?/p>

1999年,美國對第三代gps衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)定了一個目標(biāo):即定位精度0.5米,授時誤差僅10納秒。

“因此,北斗要想替代gps,星鐘要有較高的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和可靠性?!?03所有關(guān)專家表示。

“校表”,讓“北斗”的星鐘更準(zhǔn)

原子鐘很準(zhǔn),但誰也不敢保證它上天之后不會出問題。

203所相關(guān)專家介紹:“如果衛(wèi)星發(fā)射之后再發(fā)現(xiàn)星鐘有問題,就會影響衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn),甚至是衛(wèi)星失效。因此,需要在上天之前對星鐘進(jìn)行檢測,保證其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。”

這就是給“北斗校表”的由來。

2014年2月,203所研制的北斗二代衛(wèi)星時間頻率基準(zhǔn)系統(tǒng)順利交付使用,據(jù)了解,該系統(tǒng)利用氫原子鐘頻率標(biāo)準(zhǔn),氫原子鐘采用203所自研的藍(lán)寶石氫鐘,其頻率準(zhǔn)確度可達(dá)5e-13,1050年的守時偏差遠(yuǎn)小于1毫秒。

“系統(tǒng)主要是為檢查星鐘的性能提供參考標(biāo)準(zhǔn),并給測量設(shè)備提供時間統(tǒng)一信號。”該系統(tǒng)研制人員說,“通過檢測的星鐘,就能穩(wěn)定地工作,就不會影響‘北斗’的精確定位了?!保ㄍ趿?吳巍 袁志勇)

延伸閱讀:

未來戰(zhàn)爭或?qū)⑹菆鰰r間之戰(zhàn)

2009年12月22日,《中國人民解放軍標(biāo)準(zhǔn)時間管理規(guī)定》發(fā)布。

其實(shí),美國國防部早在1971年就對其所屬單位使用的精密時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范,實(shí)現(xiàn)了美軍全球化戰(zhàn)略時間標(biāo)準(zhǔn)的高度統(tǒng)一。

伊拉克戰(zhàn)爭爆發(fā)時,大批轟炸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)直撲伊拉克首都巴格達(dá),除了利用衛(wèi)星進(jìn)行精確定位外,也離不開高精度的授時系統(tǒng)。美軍通過該系統(tǒng)對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)多維鎖定,在時間統(tǒng)一的基礎(chǔ)上,為武器實(shí)施“護(hù)駕”,精確制導(dǎo)炸彈準(zhǔn)確無誤地將一座座建筑徹底摧毀。

如果時間不準(zhǔn),戰(zhàn)場上會出現(xiàn)什么狀況,有人形象舉例:如果有10個雷達(dá)站,當(dāng)一架敵機(jī)偷襲時,倘若雷達(dá)站與站之間時間不準(zhǔn)確、不同步,10個信息單元獲取的目標(biāo)在熒屏上可能就是10個,指揮員作決策時就很難迅速判斷到底是1個目標(biāo)還是多個目標(biāo),從而延誤戰(zhàn)機(jī)。

據(jù)人民網(wǎng)報道,上世紀(jì)90年代,我國曾在東南沿海的一次軍演中,因?yàn)槭褂胓ps衛(wèi)星授時,導(dǎo)致演習(xí)出現(xiàn)了明顯問題。

因此,時間基準(zhǔn)是人和武器之間、作戰(zhàn)系統(tǒng)與作戰(zhàn)系統(tǒng)之間、單元與單元之間聯(lián)系的紐帶。時間基準(zhǔn)不統(tǒng)一會直接影響武器的精確打擊效果和軍事行動的成敗,隨著信息的全球化,未來的戰(zhàn)爭,或?qū)⑹且粓鰰r間之戰(zhàn)。

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