技术交流

授时与守时

2024-06-26 18:22:10 时间频率

授时

    授时是指意思是指天文台用无线电信号报告最精确的时间,全球拥有统一的时间,即UTC(国际原子时),它是以铯 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间,UTC是基于标准的GMT(Greenwich mean Time格林尼治时间)提供的准确时间。同时,全球被划分成了24个时区,即经度每15°一个时区,比如,北京的经度为东经116.4°,为东八区,北京时间和UTC时间相差8小时。

授时途径一般有四种渠道:

1、短波授时;

2、长波授时;

3、卫星授时;

4、网络授时和电话授时。

我们比较容易获得并且覆盖面广的守时途径主要是卫星授时、网络授时。

依赖北斗卫星、GPS卫星或者其他授时型卫星进行授时的方法即是卫星授时,通常地面设备会架设天线,通过同轴线缆将卫星信号传递至卫星接收机后,卫星接收机可解调出当前时间,卫星授时具备精度高、覆盖面广的特点,广泛应用于国际;

网络授时是一种利用网络进行时间同步的时间频率传递手段,主要用于校准网络中客户端的本地时间,通常所说的NTP、PTP等均是网络授时的一种。但网络授时的标准时间源依然来自于UTC。

对于卫星授时而言,普通的北斗接收机或者GPS接收机可以实现几十ns甚至几ns的授时精度,但这种授时精度在某些场合下依然不能满足使用要求,在接收机后增加铷原子钟或者驯服晶振后,可以大幅提高授时精度至100ps以内。铷原子钟和驯服晶振的区别在于,铷原子钟可以对北斗接收机或者GPS接收机的授时进行深度滤波,处理完后的授时信息较少受到诸如:天气、楼宇、星历的影响,而驯服晶振输出的授时信息较大受到环境的影响。


守时

    守时的本身含义比较丰富,在时间频率行业单指本地时间系统对时间的保持能力。

    守时是指从校准时间后开始考核那一刻开始,到考核时间终止时,本地时间相较于标准时间的偏差。

    守时满足如下公式

                                守时精度=准确性×守时时间+漂移率×守时时间2

    守时在本质意义上属于统计学领域的概念,是通过时钟源来预测未来时间流淌速度的能力,它直接反应了本地时间系统的随机程度。当所选择的时钟源具有极小的频率老化时,将具备极高的守时能力

    如果要达到守时的效果,至少本地应当具备时钟源,时钟源包括但不限于如下设备:机械振荡器、Crystal、温补晶振、恒温晶振、铷原子钟、氢原子钟、铯原子钟等。

    利用机械振荡器制作而成的落地钟、挂钟,虽然已经被淘汰,但它具备一定的守时能力,估计其守时能力能达到10s@第一天,也就是说,当时间流逝一天后,利用机械振荡器制作而成的两台设备,其时间差会相差10s左右。这说明利用机械振荡器制作而成的设备具有极强的随机性。

    受限于成本、功耗、体积等因素,诸如计算机、手机、手表等电子设备中所使用的时钟源将会选择成本低至几毛、体积和大米粒相仿、功耗<1mW的Crystal,它的时钟源随机性将会大范围降低,经过优秀制作的设备的守时能力能达到小于1s@每天,能满足绝大多数公民的使用需求。

    当进入电信、银行、证券、互联网、广播电视等以及其他行业,这些行业对时间的要求比较高,需要1ms每天的守时精度时,甚至需要1us每天的守时精度时,必须使用恒温晶振、铷原子钟、氢原子钟、铯原子钟等频率源来预测时间。