为什么GPS也能授时，我国还要建设自己的授时系统？丨北京时间

当你用手机扫码支付，或者打开地图导航时，你可能从未意识到，这些便利的背后，都在依赖一个庞大而精密的系统——时间同步网络。

在这个系统中，最常被提及的是GPS。它不仅能告诉我们在哪儿，还能告诉我们现在几点。依靠卫星上搭载的超高精度原子钟，GPS能够为全球提供纳秒级的时间信号，理论上，它完全可以成为一个全球授时体系。

那么问题来了：既然GPS已经如此强大，为什么我国还要建设一套自己的授时系统呢？

GPS如何做到授时？

在很多人看来，全球定位系统（GPS）只是一个告诉你在哪里的导航工具。实际上，它的核心原理并不是看地图，而是“测量时间”。

每一颗GPS卫星上都搭载着多台高精度原子钟，它们持续发射带有时间戳的无线电信号。当你的手机或通信基站作为接收器同时接收到来自不同卫星的信号时，就能通过比较这些信号的到达时间差来自己的具体位置。这个原理被称为到达时间差定位法。

但在计算你的位置之前，你的手机或导航设备必须先把自己的“表”和卫星的“原子钟”对准。这是一个极其精细的过程——如果接收器的本地时钟与卫星时间存在误差，即便只差几微秒，也会让定位偏差达到上百米。为了消除这种偏差，GPS系统在导航的同时，也向地面设备提供了极为准确的时间基准。这一过程，就是所谓的GPS授时。

GPS卫星时间与国际标准时间并非完全相同，卫星上的时间信息通过信号广播到全球，实现定位和授时双重功能。实际上，现代通信、金融、电网、交通等系统中大量设备都安装了GPS授时模块，用以保持时钟同步，从高速铁路信号系统到证券交易服务器，GPS时间几乎无处不在。

为何一定要建设自己的授时系统？

从纯技术角度看，GPS授时确实非常强大。它实现了全球覆盖，无论是在大洋深处还是高原荒漠，只要能接收到卫星信号，就能获得统一的时间。其授时精度可达纳秒级，足以满足导航、通信、金融等领域的需求。同时，GPS信号对用户免费开放、使用便捷，因此成为全球最广泛使用的时间源。

然而，这种技术上的便利性背后，潜藏着战略层面的风险。首先，GPS信号从超过两万公里的高空传至地面，功率极弱，极易受到自然环境或人为故意的电磁干扰，甚至可能被恶意发射的欺骗信号所篡改，导致接收设备获取错误时间。

更关键的是，GPS作为一个由美国独立控制的系统，其服务的开启、关闭、维护与精度调整的权限完全掌握在他人手中。对一个主权国家而言，过度依赖外部系统意味着一旦出现技术故障或政治风险，通信、电力、交通、金融等关键基础设施都可能陷入被动。

那么，我国已经建成了自主的北斗卫星导航系统，是否就高枕无忧了呢？我国自主研发的北斗系统虽已实现完全自主可控，有效解决了“卡脖子”问题，但在实际应用中仍存在物理局限，比如在深山峡谷、地下空间、水下等复杂地形中，卫星信号容易受到遮挡，以及在强电磁干扰或网络攻击等极端环境下，其服务的连续性与可靠性仍面临挑战。

因此，为了构建万无一失的时间安全保障，我国必须发展不依赖于太空的陆地授时手段，形成了“天地一体、多源备份”的授时体系。长波授时信号如地下坚固的时间高铁，在复杂电磁环境下提供稳定授时服务；短波授时信号通过电离层反射实现广域覆盖，成为战略备份，与卫星系统形成互补。目前，我国正在建设全球规模最大、性能最先进的高精度地基授时系统，通过光纤网络，将时间同步精度推向皮秒级（万亿分之一秒），为前沿科技和未来产业提供更坚实的基础支撑。

结语

当我们能够便捷地获取“北京时间”时，背后其实是一个庞大而精密的国家授时体系在默默运转。GPS虽能提供授时服务，但其可靠性与安全性存在固有风险；北斗系统让我们掌握了太空中的时间主动权，但国家仍需要坚实的地面支撑与多层备份。

时间，是现代社会不可或缺的隐形基石。它确保了通信网络的同步、金融交易的安全、电力调度的稳定，以及科研实验的精度。一次微秒级的误差，足以导致卫星偏离轨道，或引发电网瞬间运行紊乱。

正因为如此，我国构设“天地一体、多源互补”的授时体系，不仅是一项重大的科技工程，更是维护国家安全与科技自立自强的战略举措。只有真正掌握了自己的时间，我们才能牢牢把握国家发展的节奏。

参考文献：

[1]高鹏,苏珂,徐龙威,等.美国授时战概念、技术进展与启示[J/OL].现代防御技术,1-9[2025-10-22].

[2]陈欢欢.甩掉“洋拐棍”中国迎头赶上[N].中国科学报,2024,03,07(003).DOI:10.28514/n.cnki.nkxsb.2024.000491.

[3] Chinese Optics Letters Vol. 23, Issue 4, pp. 041404- (2025) •https://doi.org/10.1364/COL.23.041404 Time transfer over a 2061 km telecommunication fiber-optic network with single-fiber and two-wavelength approach

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