到底什么是“授時”？它為什么重要？

10月19日，國家安全機關發布公告稱，掌握了美國國家安全局網絡攻擊入侵中國國家授時中心的鐵證。

其中提到——

2022年起，美方就利用某境外品牌手機短信服務漏洞，秘密網攻控制國家授時中心多名工作人員的手機終端，竊取手機內存儲的敏感資料。2023年8月至2024年6月，美方更是動用42款特種網攻武器，以國家級的力度，大規模攻擊我國家授時中心，并伺機進一步滲透至高精度地基授時系統。

那么，到底什么是“授時”？國家授時中心，又是干什么用的？

接下來，我們深入了解一下：

▉什么是“授時”

時間，是世 界上最寶貴 的東西。從很早開始，人類就有了時間的概念。

大家應該記得，古裝劇里，一天被分為十二個時辰。入夜之后，每隔一個時辰，就會有打更人一邊敲擊梆子，一邊吆喝：“天干物燥，小心火燭！”

當時，有一群“公務員”，他們通過圭表、日冕等工具確認時間，然后通過敲鐘、擊鼓、打更等方式，將時間信息傳遞給周邊居民。

在皇帝身邊，還有一群職位更高的星象學專家。他們負責夜觀天象、制定歷法，指導農民按時進行播種、施肥和收獲。

歷史上對這種建立時間標準、傳遞時間信息的行為，稱為“敬記天時，以授民也”。縮寫一下，也就是“授時”。

國外呢，則將這種行為叫做時間服務，也就是Time Service。

▉ 時間系統的演進

到了17~19世紀，隨著人類機械工藝的不斷精進，出現了精密的計時儀器——鐘表。

鐘表的迅速普及，改變了人們的時間觀念，也推動了社會的發展和進步。

進入20世紀后，電子工業迅速發展，電池驅動鐘、交流電鐘、電機械表、石英電子鐘表相繼問世。鐘表進入了微電子技術與精密機械相結合的石英化新時期，每日誤差逐漸被控制在0.5秒以內。

與此同時，人類對時間的認知也進入了全新階段，逐步建立了“時間系統”的概念。

時間系統，也稱為時間頻率基準。說白了，就是如何衡量時間。

常見的時間系統包括三種，分別是：

• 以地球自轉周期為基準的世界時（Universal Time，UT）

• 以地球繞太陽公轉周期為基準的歷書時（Ephemeris Time，ET）

• 以物質內部原子（例如銫原子）發射的電磁振蕩頻率為基準的原子時（Atomic time，AT）

世界時存在不均勻性，歷書時測量精度低。所以，1967年第13屆世界度量衡會議上，各國代表投票決定：采用原子時取代歷書時，作為基本時間計量系統。原子時的秒長，被規定為國際單位制的時間單位，作為三大物理量的基本單位之一。

目前國際通用的標準時間，叫做協調世界時（Universal Time Coordinated，UTC），也稱“世界標準時間”。它是原子時和世界時的結合，以原子時的秒長為基礎，在時刻上盡量接近于世界時。

我們都知道，地球根據經度分為24個時區。我們中國雖然地跨5個時區，但統一采用“北京時間”，也就是“UTC+8”時區。

我們國家所處的時區

▉ 授時的具體方式

計時工具和時間系統發生了巨變，授時方式當然也要跟著變。

在陜西臨潼的中國科學院國家授時中心（NTSC），就是我國時間頻率研究和授時服務的核心機構。這里專門負責產生、保持和發播中國的國家標準時間（北京時間），具有極其重要的戰略作用。

陜西西安位于中國腹地，地質構造穩定，非常適合建設授時中心。

國家授時中心提供很多種現代授時方式，具體如下：

1.短波授時

采用波長在100m～10m（頻率：3MHz～30MHz）的短波無線電進行授時。

國家授時中心的授時臺，設置在陜西蒲城。這里的短波電臺會使用2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz頻率，全天連續發播我國短波無線電時號，呼號為BPM。

短波授時信號通過天波和地波傳輸。地波可以傳輸100公里，天波的話，覆蓋半徑超過3000公里，基本覆蓋全國疆域，授時精度為毫秒量級。

天波和地波

2.長波授時

采用波長在10km-1km（頻率：30KHz～300KHz）的長波無線電進行授時。

國家授時中心的長波電臺呼號為BPL，發射頻率為100KHz。

長波授時信號的地波作用距離為1000-2000公里，天波信號為3000公里，基本覆蓋我國內陸及近海海域，授時精度為微秒量級。

3.低頻時碼授時

低頻時碼授時屬于一種特殊的長波授時，它適用于區域性的標準時間頻率傳輸。

國家授時中心采用載頻為68.5KHz的連續波時碼授時體制技術。

我們常見的電波鐘/電波表，就可以接收這種信號，自動進行時間校對，精度可以達到30萬年誤差不超過1秒。

電波表

4.電話授時

利用電話網絡傳送標準時間，稱為電話授時。

例如，通過專用電話時碼接收機，撥打國家授時中心的服務專線電話，即可自動獲得標準北京時間顯示和輸出，授時精度10毫秒。

5.電視授時

這可不是指每天19點的新聞聯播報時。

大家應該都不會想到，其實中央電視臺在自家的電視信號中，“偷偷”插入了由原子鐘提供的時間信息。用戶設備接收電視信號后，加以改正，便可實現定時，精度約為10微秒。

6.網絡授時

我們電腦上經常使用的NTP（Network Time Protocol，網絡時間協議），就是網絡授時。

只要設置了目標NTP服務器的IP地址，本地計算機就可以實現時間同步。

NTP配置界面

7.衛星授時

前面我們介紹的都是地基的授時方式。接下來，我們來看看現在最流行的天基授時方式，也就是——“衛星授時”。

我們每天都會用到百度、高德這樣的導航和定位App。大家應該也知道，這些App之所以能實現導航和定位，是因為有GNSS系統（全球導航衛星系統）。

美國的GPS、中國的北斗（BDS）、歐洲的伽利略，都屬于GNSS系統。

很多人并不知道，GNSS系統除了定位和導航之外，還有一個非常重要的功能，那就是——授時。

GNSS三大核心能力，通常簡稱為PVT，也就是Position（位置）、Velocity（速度）和Time（時間）。

那么，GNSS是如何實現授時的呢？

在每一顆GNSS衛星上，都配備有原子鐘。這就使得發送的衛星信號中包含有精確的時間數據。通過專用接收機或者GNSS授時模組，可以對這些信號加以解碼，就能快速地將設備與原子鐘進行時間同步。

星載原子鐘

相比于前面所說的長波、短波、網絡等授時技術，GNSS衛星授時擁有明顯的技術優勢。

首先，GNSS授時的精度更高。

以北斗為例。北斗衛星導航系統的時間，叫做BDT。BDT屬原子時，可以溯源到我國國家授時中心的協調世界時UTC，與UTC的時差控制準確度小于100ns。

各授時方式的授時精度對比

除了精度之外，GNSS衛星授時還有先天的覆蓋優勢。

長波、短波地基授時，都有物理傳播距離的限制。如果遇到高山等環境阻隔，傳播距離將進一步縮小。

而GNSS衛星授時在覆蓋能力上明顯要強得多。尤其是針對遠洋航海及航空航天場景，GNSS衛星授時更是優勢明顯。

▉ 授時服務的重要性

說了半天，我們為什么需要精度這么高的授時服務呢？難道只是為了方便網購秒殺嗎？

當然不是。

以我們人類的生理極限，毫秒級精度的授時，就已經足夠用了。像GNSS這樣的高精度授時，主要用于航空航天、電力、金融、通信、交通以及國防軍事等領域。

人類競技運動，一般只精確到毫秒級

最早期的高精度授時應用需求，來自航空航天。

航空航天飛行器，往往以極高的速度飛行。如果沒有精準的時間同步，就無法對飛行器的準確位置進行確認。

尤其是太空對接等場景，如果兩個飛行器的時間不同步，那么距離就會差之千里，飛行姿態也會存在巨大誤差，最終導致嚴重事故。

再看看電力行業。

我們所使用的交流電，電流方向是隨時間變化的。當不同的電網設備進行并網時，如果時間不一致，你波峰波谷就不一致，輕則帶來多余的能量損耗，重則直接短路，毀壞設備，癱瘓電網，造成大規模停電。

還有金融領域。

現在我們都是數字化金融，所有的交易都通過電腦和網絡進行。系統時間不同步，很可能導致交易失敗，在瞬息萬變的市場中錯過機會。不同步的時間，也有可能被黑客利用，給系統帶來安全隱患。

通信系統，同樣離不開高精度授時的支持。

通信基站的切換、漫游需要精準的時間控制，對同步精度的要求高，也需要足夠的穩定性。

現在廣泛使用的5G，基本上也是采用TDD（時分復用）模式，對時間同步的要求更高，系統時間同步要求在±1.5μs。如果通信設備之間時間不同步，將影響時隙和幀，進而影響業務的正常進行。

除了上述行業之外，包括交通調度、地理測繪、防震減災、氣象監測等各個領域，都對高精度時間同步有剛性需求。

▉ 最后的話

總而言之，高精度時間是國家關鍵的戰略資源， 對于經濟運轉、社會秩序和國防安全有著極為重要的作用 。

負責提供國家級授時服務的國家授時中心，重要性也因此不言而喻。

值得一提的是，除了提供基礎授時服務外，國家授時中心還承擔了很多科研任務。中心擁有 量子頻標研究室、守時理論與方法研究室、時間頻率基準實驗室等多個研究單元，專注于新型原子鐘（如光鐘）、高精度時間傳遞、導航通信等前沿技術的研發。

美國國家安全局（NSA）對國家授時中心發起網絡攻擊，是一次 針對我們國家關鍵基礎設施的嚴重威脅行為，非常可恥，也非常卑鄙。

雖然攻擊最終未能得逞，我們也需要敲響警鐘。 此次事件暴露出國內關鍵信息基礎設施面臨的復雜安全挑戰，亟需構建更嚴密的防御體系，進行應對。強化技術防護手段、完善應急響應機制、提升人員安全素養，都是非常必要的舉措。

保衛“北京時間”，將是一個長期使命！

（全文完）