微秒不差！“北京时间”如何传遍全国？丨北京时间

在前面“北京时间”系列文章中，我们了解了时间同步为何如此重要。那么一个有趣的问题来了：我们每天使用的“北京时间”，究竟是怎样传递到我们手中的？

从国家授时中心到千家万户，从科研实验室到手机、电脑和各类设备，这一过程并非简单的信号广播，而是一项高度精密的工程。

现代授时主要有三大方式：无线电授时、网络授时和卫星授时。其中最经典、最基础的就是无线电授时，它是人类最早使用的现代授时技术，通过使用不同频率的电波，把标准时间发送到千家万户，根据所用电波波长的不同，可以分为长波授时、低频码授时和短波授时。

长波授时：稳定可靠的地面传输

长波授时是我国目前最重要、最稳定的地面无线授时方式之一。这项技术利用频率为30千赫兹至300千赫兹（对应波长1公里至10公里）的长波无线电波来发送标准时间信号，是无线电授时家族中的稳定担当，由国家授时中心等机构通过强功率发射台，如陕西商洛、云南墨江站定时播发标准时间信息。

由于这些电磁波波长很长，可达上千米，这些无线电波能够紧贴着地表传播很远的距离，其在传播过程中的能量损耗极小，并且不易受到天气变化和昼夜更替的影响。正因为这种稳定的特性，长波授时精度非常高，能够达到微秒级的高精度，即百万分之一秒。

在接收端，长波授时接收机可自动解析信号中的时码信息，包括年、月、日、时、分、秒，并将其与本地时钟对齐，实现毫秒级精度的时间同步。

长波授时最大的优点是信号稳定、覆盖范围广、抗干扰能力强，即使在偏远地区或深埋地下的设施中也能可靠地接收到信号。因此，它被广泛用于电力系统、铁路调度、气象监测等需要对时间可靠性要求极高的关键领域。它的主要局限性在于传输数据的的带宽窄、数据速率低，无法传输复杂数据，授时精度也难以达到卫星授时那样的微秒级水平。

什么是短波授时：覆盖广阔的空中传输

与长波授时相对应的是短波授时。短波授时利用频率在3 兆赫兹至30 MHz兆赫兹（波长为10米至100 米）的短波无线电波来传递时间信号，是无线电授时家族中的覆盖担当。

这种电波的传播特性非常独特，它的波长比长波短得多，因此能够在地球表面和高空的电离层之间多次反射，可以实现超远距离的传输，信号覆盖范围可达上千公里，甚至覆盖全国乃至周边地区。

中国科学院国家授时中心的短波授时电台，如陕西林业站、上海闵行站，定时向全国广播标准时间信号。这使得各地的无线电台、科研机构、工厂乃至普通用户的接收设备都能获得标准时间。

短波授时的主要优点是传播距离远、传输速度快，能够实现亚毫秒至微秒级的授时精度，并可以在信号中携带较多信息，如闰秒预告、日期校正等。

然而，它也有局限性：由于其传播依赖电离层反射，其信号强度和传播路径容易受太阳活动、昼夜变化、地磁扰动等的影响，导致其稳定性不及长波授时系统。

正因如此，在实际应用中，短波授时多用于实现全国性的广泛覆盖和作为其他授时方式的备用信道。它与长波、卫星授时等技术相互结合，共同构成了一个互为补充、更加可靠的现代授时网络。

我国的长短波授时系统

我国自主建设的BPL长波授时系统和BPM短波授时系统，由中国科学院国家授时中心负责运行，其巨型发射台位于陕西蒲城。

BPL长波授时系统是地下的时间“高铁”，其地波信号能有效覆盖我国绝大部分陆地和近海区域。这个系统为电网、通信、金融、卫星发射、国防航天等关键领域提供统一、可靠的时间基准，其突出的稳定性和精准性，确保了这些重要系统能够协调一致地运行。

BPM短波授时系统是天上的”时间信使”，凭借其独特的电离层反射特性，信号可覆盖全国乃至全球范围。它不仅为远洋船舶、科学考察和业余无线电爱好者等提供时间服务，更重要的是，在卫星授时出现异常的特殊情况下，能够为国家通信、交通等重要领域可靠的时间备份。BPM是国家授时体系中海陆空全域覆盖的重要一环，确保在复杂环境下仍能提供基本的时间服务。

从沿着地表稳步传播的长波信号，到经电离层反射跨越千里的短波信号，标准时间的传递展现着人类智慧的精密与巧思。这些看不见的电波日夜不停地在天地间穿梭，将统一的时间基准送往四面八方。

正是这套严密可靠的授时体系，在分秒之间支撑起现代社会的有序运转。它不仅是科技工程的重要成果，更是连接起国家命脉、守护我们日常生活的无形纽带。每一次时钟的精准跳动，背后都凝聚着几代科技工作者的智慧与汗水，让“北京时间”真正成为推动社会前进的科学基石。

参考文献：

[1]王文瑜.基于北斗卫星的授时系统研制[D].北京邮电大学,2008.

[2]杨旭海,李孝辉,华宇,等.卫星授时与时间传递技术进展[J].导航定位与授时,2021,8(04):1-10.DOI:10.19306/j.cnki.2095-8110.2021.04.001.

[3] Ellingson, C., and Richard Kulpinski. "Dissemination of system time." IEEE Transactions on Communications 21.5 (1973): 605-624.

出品：科普中国

作者：杨超（中国科普作家协会会员、博士）

监制：中国科普博览