揭秘北斗导航系统：守护中国时间（1）

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北斗卫星导航应用示意图

　　全篇引言：

　　对于一个迈入信息社会的现代化大国，导航定位和授时系统至为重要，称之为“最关键的国家基础设施之一”亦不为过。精密时间是科学研究、科学实验和工程技术诸方面的基本物理参量。它为一切动力学系统、时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时基坐标。精密授时在通信、电力、控制等工业领域和国防领域有着广泛和重要的应用。现代武器实(试)验、战争需要它保障，智能化交通运输系统的建立和数字地球的实现需要它支持。现代通信网和电力网建设也越来越增强了对精度时间和频率的依赖。从建立一个现代化国家的大系统工程总体考虑，导航定位和授时系统应该说是基石工程，对整体社会的支撑几乎是全方位的。可以看到，星基导航和授时是未来发展的必然趋势。

　　{dy}篇：

　　共和国的战略保障

　　文/彭辉

　　北斗系统定位的不仅仅是“你在哪”“我在哪”的位置，她更是在传递着中国与中国人的一种感知；她给予的不仅仅是高精度的时间，微秒与纳秒间更多的是一种安全

　　且看这样一篇前线手记：

　　2009年9月中旬，当年湘江战役战场硝烟再起，诞生于抗战时期，曾在“三保本溪，四战临江”和塔山阻击战中立下赫赫战功，以“打大仗、打硬仗，威震辽东”著称的广州xx某摩步师官兵飞渡湘江，千里跃进中原，打响“跨越－2009确山”演习收官之战，这也是中国人民解放军“跨越－2009”系列实兵检验性演习{zh1}一支参演劲旅的{zh1}一场战斗。

　　读者请注意，曾在汶川地震救灾工作中立功的北斗xxxxxx系统，在此次军演中，再次被赋予重任——演习xx不再依靠GPS授时和定位，亦可利用自己的看家把式：北斗系统，进行全战场态势显示和指挥控制。

　　而在中国民用领域，一些悄悄进行着的类似转变正在上演。

　　xxxxxx系统是国家重要信息基础和战略设施，是体现国家综合国力的重要标志。“卫星导航不仅对xx信息化建设和经济社会发展具有重要意义，也在深刻地影响着社会文明进程，改变着人们的观念和生活。”中国人民解放军总参谋部测绘局局长袁树友少将这样诠释。

　　建立自主xxxxxx系统是几代中国人的夙愿和追求，改革开放的徐徐春风为实现这个光荣与梦想提供了动力和可能。经过八年艰苦奋战，顽强拼搏，三颗北斗导航试验卫星陆续升空。2003年12月15日，北斗一号建成并正式开通运行，中国成为世界上的继美、俄之后第三个拥有自主xxxxxx系统的国家，中国xxxxxx迈出了历史性的{dy}步。

　　中国是一个发展中大国，在走向复兴的道路上，会有艰难险阻和险滩沟壑，中华民族同样是个优秀的民族，勤劳、智慧、坚定而懂得创新。在保障国家安全和促进经济可持续发展的历史时代背景下，国家和民众共同选择了一个坚强的保障——北斗xxxxxx系统。

　　北斗系统定位的不仅仅是“你在哪”“我在哪”的位置，她更是在传递着中国与中国人的一种感知；她给予的不仅仅是高精度的时间，微秒与纳秒间更多的是一种安全。她特有的功能很多，在实践中她的系统优点很受欢迎。

　　中国非常重视北斗卫星导航应用推广工作，各级政府积极支持，主管部门陆续制定出台多项扶持政策和市场培育措施，一批应用示范项目带动并加速了北斗应用和产业化进程。系统已成功应用于水利水电、海洋渔业、交通运输、气象测报、国土测绘、减灾救灾和公共安全等领域，产生了显著的经济效益和社会效益。

　　北斗卫星导航系统取得了骄人的成绩，展示了中华民族创新能力和中国的综合国力，成为新中国60年来重要的标志性成果。

　　导航应用永无止境，北斗事业任重道远。未来，北斗导航应用将有飞跃式发展，用户数量将实现高速增长，基本覆盖经济社会建设的主要应用领域。中国第二代卫星导航系统建设正稳步推进，北斗二代将xx兼容北斗一代功能，并在用户容量、定位精度、服务区域、动态性能和抗干扰能力等方面有较大提高。北斗xxxxxx系统实现全球覆盖亦为时不远，届时，能够xx满足未来信息化条件下经济社会和国防建设对xxxxxx的需求。

　　就开篇的那段手记，中国自主卫星导航正在按照既定发展战略扎实稳健推进，系统建设捷报连连，系统应用硕果累累。军地携手，加快科技成果转化，加快卫星导航技术应用，不断总结研究，探索创新，完善政策，规范服务，开拓市场，扩大产业，为全社会提供更稳定、更优质的北斗导航服务，并做好走向国际市场、提供海外服务的准备。

　　可以预见，在不久的将来，北斗卫星导航将深刻影响中国xx的作战方式、作战理念，深刻影响人们的生产生活方式，成为全面建设小康社会的重要组成部分。

　　成就理应喝彩，欣喜坚定未来。国人为自主卫星导航应用发展骄傲自豪，对中国卫星导航事业的灿烂明天信心百倍。

　　第二篇：

　　找寻属于我们的安全授时观

　　文/邹周

　　面对风云变幻的国际形势，作为一个独立自主的大国，建立中国星基的导航定位和授时系统，无论对于保障国民经济的正常运行，还是保障国防安全，都至关重要

　　2009年岁末，中国国家主席、中央军委主席xxx签署命令，将于2010年6月1日正式实行《中国人民解放军标准时间管理规定》，中国人民解放军标准时间将在近期正式发播。规定的应运而生充分表明党中央、国务院、中央军委对国家时间频率体系建设的关心和支持，也从侧面明确了北斗xxxxxx系统高精度授时必须由xx先行推广的态度。

　　时间信息的安全、高精度授时的自主化，已经摆在各级xx的工作案头，在理解中国的安全观，应用自主的“北斗时间”方面，xx及相关国防领域已经成为全国的排头兵。

　　随着今年1月北斗第三颗卫星成功发射，这种“未雨绸缪”的状况将更加贴近大众——北斗xxxxxx系统在高精度授时与信息反馈监控技术上可以进入商业运营；自主研发，运用于地面设备的电子芯片技术业已成熟。

　　一个属于中国的高精度授时时代，徐徐拉开帷幕！

　　军地联动 安全保障

　　“在xx打击时代，原子钟的作用和位置不亚于原子弹。”中国xx的原子钟专家、原北京大学常务副校长王义遒教授掷地有声。

　　2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机扑向伊拉克首都巴格达，用xx准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用xx摧毁了另一座建筑。这两次行动的目标都是一个人：萨达姆•侯赛因；他们所使用的xx都是一种：联合攻击xx(JDAM)。这些xx之所以都能够xx地打击目标，是因为他们都是通过xxxx和精度授时实现目标的全景式多维锁定，拥有这种能力的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统——GPS。

　　2003年5月25日零时34分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功地将第三颗“北斗一号”导航定位卫星送入太空。前两颗“北斗一号”卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空，运行至今导航定位系统工作稳定，状态良好。这次发射的是导航定位系统的备份星。它与前两颗工作星组成了完整的“北斗一号”xxxxxx系统，确保全天候、全天时提供卫星导航信息。

　　这标志着中国成为继美国全球xxxx系统(GPS)和俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)后，在世界上第三个建立了自主的卫星导航系统的国家。

　　2010年1月17日0时12分，中国在西昌卫星发射中心成功将第二代北斗导航定位系统的第三颗卫星送入预定轨道，并按预定计划组网工作。这标志中国继“北斗一号”区域性xxxxxx系统建成后，逐步向全球系统迈进。

　　面对风云变幻的国际形势，作为一个独立自主的大国，建立中国星基的导航定位和授时系统无论对于保障国民经济的正常运行，还是保障国防安全，都至关重要。

　　全球四大卫星导航系统，无一例外的都具备高精度授时功能，殊不知，时间作为基本单元，已经成为测量距离的最准确要素，换句话说，高精度授时是准确定位的基础。目前公开的授时精度中，北斗系统略胜GPS一筹。

　　北斗的高精度授时分为单向授时和双向授时。单向授时的精度为100ns，双向授时的精度为20ns。在公开使用的高精度授时领域中，这是目前国际授时精度{zg}的。

　　北斗系统在单向授时模式下，用户机不需要与地面中心站进行交互，只需接收导航电文信号，自主获得本地时间与北斗标准时间的钟差，实现时间同步；双向授时模式下，用户机与中心站进行交互，向中心站发射定时申请信号，由中心站来计算用户机的时差，再通过出站信号经卫星转发给用户，用户按此时间调整本地时钟与标准时间信号对齐。

　　7年多来的应用实践充分说明，中国的时间频率系统也将在这里起步，不远的将来，“北斗时间”会走入我们的生活，准确、安全地保证国防安全和经济的繁荣。

　　这也预示着，在中央的统一协调下，国家正在下力优化整合军地两方资源，加快推进北斗高精度授时的产业化道路，构建具有中国特色、与国际接轨的时间频率体系。

　　安全金融 护佑民众

　　金融安全直接关系到公民私有财产，乃民生之大事。以股票交易为例，目前中国股民主要通过交易大厅电子显示牌和互联网终端交易。这些交易终端显示的信息是否为实时的？它们与交易所主机发布的消息是否xx同步？看上去这是一个细微的问题，但内中却另有深意。

　　公安部技术局表示，“金融黑客”常常利用计算机终端与服务器时间产生的微小时滞，操纵股票价格的涨跌。”一只股票涨势良好，交易者准备买进的时候，可能交易者看到的“良好态势”已经过去。而在交易所主机上“{dy}时间”的讯息，这支股票已经开始走跌。而这讯息一早一晚的差别，大量资金就从股民手中涌入“金融黑客”的账户。

　　而这个时滞需要多久？专业人士表示，仅需要短短的两秒！

　　解决这个问题，只能依赖一个全国性金融证券实时授时网络的建立。倘若这个网络的建立又依赖GPS系统，那么等于将金融授时的安全保障交给国外机构来监管，这无疑是缺乏自主权的危险举措。倘若发生境外个人或团体干扰、操纵GPS授时信号的事件，那金融安全的问题将直接从个人扩大到整个国家的经济安全层面。

　　随着我国北斗一号卫星导航系统的开通运行和第二代系统的加紧建设，通过自主技术建立时频系统的条件已初步成熟。

　　在开发应用上，企业可以将北斗授时的原子钟嵌入金融交易系统的主机与各地分子机器，如此，可切实保证各地实时接收到各类金融讯息，彻底避免“金融黑客”，乃至“恶意庄家”蓄意破坏，遏制他们扰乱金融市场秩序，危害国家经济安全。

　　政务外网 全国标准

　　2009年11月，国家信息中心、国家卫星导航信息服务中心北斗导航民用开发合作签约仪式。双方就使用中国xx自主产权的中国标准时间网络授时系统，全面实现国家政务外网时间采用北斗卫星统一发布授时等事宜达成一致。

　　中国的信息化建设伴随改革开放进程得以迅速实施，其网络建设规模已稳居世界xx。在电信网、互联网、广电网的整体框架下，国家电子政务外网已构成中国各级政府电子政务和信息化应用服务的{wy}工具平台。

　　国家虽然拥有巨大的网络规模，由于“建立自主可控的网络时间频率标准化体系”没有得到各级政府应有的重视，因此，中国网络时间频率比较混乱。比如，国家某xx新闻网站的信息发布系统，经常出现信息发布的时间超前于当前实际时间的情况，无需置疑，时间频率不统一的现状已经为信息安全和经济建设带来重大隐患。

　　“2008年至今，我们与国家信息中心联合研制开发北斗导航民用服务‘用户电子签名’，保证信息安全和北斗统一时间频率在国家政务外网授时实现。”国家卫星导航信息服务中心常务副主任王平介绍。

　　国家政务外网电子签名(数字证书)与国家卫星导航信息服务中心合作研发的北斗导航用户身份认证信息安全体系，是中国北斗导航民用标准化服务体系建设的重大举措。

　　系统以中国北斗卫星导航系统服务平台为载体，建立为各类卫星导航用户(政府用户、行业集团用户、公共社会用户等)的实名制用户管理和应用服务监管平台，保障中国北斗导航用户的有序发展，提高卫星导航民用开发的创新能力。

　　回首上世纪90年代，美国正式向全球开放GPS民用信号。时至今日，从道路导航、远洋导航、工程测绘，到登山远足，再到国土资源管理，GPS系统已经渗透到人们生活和社会的方方面面。在市场{zd0}的个人消费领域，GPS一直处于垄断地位。

　　而今，新一轮从空间到地面的立体化大国崛起业已开始，中国北斗，必然掀起从国防安全、社会稳定到经济腾飞的新旋风，成为引导中国繁荣的启明星群。

　　第三篇：

　　谁来“护驾”电力全网时间？

　　文/彭辉

　　北斗的高精度、稳定性、安全性和自主性已然折射出中国智慧的光芒

　　随着中国经济社会发展，电网规模不断扩大，运行水平大幅提高，建设“坚强的智能电网”成为中国电网建设的既定战略。国家发改委称，2009年至2020年，中国将投资4万亿元用于智能电网建设。

　　要建设智能电网就离不开数字化变电站。而目前，在涉及电网安全的广域电网运行、保护与控制等方面，尤其是电网中重要发电厂及变电站内各自动化系统的实时时钟，建立在脉冲技术上的工作原理，还有很多问题和安全性论证没有实现。

　　系统实时时钟的时间同步成为当代电网以及未来智能电网运行的一项基本要求。为实现电力时间统一基准，GPS系统一直被广泛地应用于中国电网调度中心、电厂和变电站的自动化运行、保护、控制、安全生产等领域的授时。

　　事实上，采用美国的GPS作为主时钟源或许是过去的一种技术无奈，或许是决策者出于经济性、认知惯性的考虑，但在电力系统中，广泛采用GPS，就真正统一了设备与系统间的时间吗？真的实现了电力全网时间的统一吗？如此的“GPS时间”可靠安全吗？

　　“GPS”隐患

　　2007年12月，某区域电网公司(应公司要求隐去真实名称)对其所在省电力电网GPS授时设备进行全面检查。随后，一份汇报材料被紧急送到公司领导案头。汇报所涉及内容令该公司高层颇感惊讶：“全省GPS授时设备完好率不足60%”。

　　看到这一消息，公司{dy}时间召集协调会，与会专家和一线输电站负责人也认识到问题严重性，经过数天讨论和分析，设备质量只是一方面，“GPS授时安全隐患”这一深层次问题，更应引起足够重视。

　　“我们已经将这一重大隐患备份至国家相关电力安全管理部门。电力工业的安全生产关系国家能源安全和国民经济命脉，是保障国家安全、经济发展、社会稳定的关键性因素之一。”公司负责人事后感慨。

　　在一个省份出现如此高比例的设备损坏，非但不正常，更需要警惕的是其危险程度。近年来，随着中国电网运行控制及保护水平的提升，大部分变电站采用了综合自动化方案，这也是今后电网的发展方向。

　　自动化、信息化和输电效率得到了不同程度提高，降低成本同时，问题也随之而来。中国电力企业从电力传输网到电力计算机网络的时间系统，主要是以GPS作为主时钟源，进行同步授时，由于其授时的工作原理和系统时钟源被美国掌控，GPS授时存在重大隐患。

　　具体而言，目前中国电力行业接收GPS授时信号是免费的，GPS授时终端价格低廉，这是美国GPS系统在民用领域的应用。正因为是“免费的午餐”，所以美国不承诺对任何应用所产生的问题负责。

　　众所周知，GPS系统是美国政府引以为豪的战略工程，所有信号的发生、传输权由美国掌控，一旦出现民用信号关闭、误码率加大或者系统出现故障，以GPS技术为基础的系统将被置于危险的境地，中国电网概莫能外。

　　在中国，存在长距离大规模电力传输的现实，从电厂发出的每度电，都以高达每秒30万公里的速度经过变电站并网输送，经过数个、数十个变电站的长距离配送，最终抵达用户。这个过程需要同时有几百台设备保护电力安全运行，涉及各种以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置，如电厂机组自动控制系统、调度自动化系统、变电站计算机监控系统等，如此大量设备是否能够按照预先计划的流程，准确安全地传输到位，决然离不开全网设备时间基准问题。

　　“倘若这些设备运行时间不同步，那么轻则运行设备失控，影响正常输供，重则造成整个地区电网瘫痪。而且由于时间不同步，很难及时排查事故原因。”北京国智恒电力管理科技有限公司董事长吕建光如此描绘。

　　客观来说，电力输配对设备时间同步的精准度提出了极高极严的技术要求，电力设备时间同步的精准度正从过去的微秒级过渡到纳秒级，因此，必须为电力系统配置高精度、高可靠的授时系统，在传输系统和接收系统间出现时间误差，高压电流势必会在瞬间烧毁被接收的变电站或是传输线路，这很容易理解。

　　“北斗”精准而出

　　如何解决报告所涉问题，公司经过反复论证，决定起用独立自主的北斗卫星导航授时技术，利用中国的高精度卫星授时系统支撑电网运行。

　　对GPS授时在电力行业应用存在的重大安全隐患进行分析调查，做出科学判断，根据北斗系统的特性，自主创新，联合研发了“北斗电力全网时间同步管理系统”。

　　“北斗一号”是中国自行研制建立的xxxxxx系统，集导航定位、短报文通信、高精度授时三大主要功能于一体。

　　该系统目前工作覆盖区域主要集中在北纬5°～55°，东经70°～140°之间的广大地区。随着2003年5月25日“北斗一号”系统的第3颗卫星成功发射升空，“北斗一号”系统已经开始全面为各种用户提供稳定和可靠的服务，开通运行7年来，系统运行稳定，技术状况良好。

　　目前，北斗二代系统正待字闺中，2010年1月17日，北斗导航卫星Compass G1成功发射，第二代北斗卫星组网正在按照预定计划进行。可以预见的未来，系统服务能力更强，定位授时精度更高，并与北斗一号系统xx兼容，能够为用户提供更加完善稳定的服务。

　　“北斗电力全网时间同步管理系统”(下称系统)是采用北斗与GPS(或其它)等多时间源智能切换技术开发完成的新一代电力系统的时间同步系统产品。系统装置内置恒温晶振或铷钟，通过多时间源智能切换技术和先进的时间控制处理算法实现可靠的、高精度的时间输出；采用“北斗双向授时功能”专有技术能实现严格意义上全电力系统时间的统一；通过利用北斗卫星导航系统的短信息功能，能够实现所有厂站端时间同步系统远程监测和运行控制；系统为电力输送提供高精度的、安全的全网时间同步整体解决方案，准确、可靠、易用的特点确保了可靠、高精度授时的广泛需要。

　　由此，中国电力输送领域重点攻坚的时间同步课题将得到彻底解决，2008年9月，选择将中国华东电网公司调度中心作为北斗电力全网时间同步监测控制系统的总控中心，2个500KV变电站(上海南汇变电站和南京东善桥变电站)和2个电厂(新安江电厂和富春江电厂)作为卫星同步时钟的使用单位，构成实用性北斗电力时间同步示范系统。试用结果表明，系统各项指标达到使用要求，实现了全网范围内的时间同步。

　　系统于2008年12月19日通过组织的专家委员会鉴定验收。鉴定委员会认为，该研究成果整体水平国内{lx1}，具有推广应用价值。

　　2009年9月，国家电监会公开表示，国家正式确立“天地互备，以北斗为主的电力授时体系”。

　　这标志着中国电力行业自主高精度授时时代已经开启。中国自主研发的北斗卫星导航授时应用的春天也已到来。

　　中国创造

　　“北斗导航，是‘中国创造’的杰出代表，闪耀着中华民族自主创新的灿烂光芒，是天之骄子。”中国xxxxxx应用管理中心副主任赵康宁如是说。

　　作为中国具有战略意义的国家重要信息基础和战略设施，北斗xxxxxx系统正在表达着中国综合国力，已经为包括电力在内的国民经济关键领域发挥重要作用。

　　北斗系统将继续在包括智能电网在内的电力电网建设中发挥更大作用。未来几年，建设特高压电网又是发展智能电网的强大物理基础，大容量、远距离输电是{zd0}特点，对各种技术要求、设备配备、电网的建设和特性提出了更高要求。

　　2009年，中国4万亿元拉动内需的投资分配落地，随后，国家电网公司宣布将建设“坚强智能电网”、“特高压电网”作为未来五年的核心发展目标，其在时间同步系统方面对高精度授时将有更加苛刻的要求，我国北斗卫星授时技术将逐步替代国外GPS产品与技术，摆脱对国外系统的依赖，保证电网的正常建设和安全。

　　“电力全网时间同步系统”的系统和终端开发成功与应用，解决了目前电力系统时间同步应用中的三大难题：提供可靠的备用时钟源；实现全网时间同步；实现远程监测与维护。

　　此项高精度授时系统不仅能全时段、全区域地控制电力全网内所有时钟的信息，实现真正意义上的全网同步。同时，还可自动监视系统中各单位时钟状态，并进行主动干预和控制，实现真正意义上电力全网时间同步管理和远程监控，进而解决了因GPS固有缺陷给电力调度、生产带来的重大事故隐患。

　　时间同步管理系统的研制成功，创造了历史，填补了国内相关领域的空白，系统全部采用具有中国自主知识产权的技术。

　　北斗的高精度、稳定性、安全性和自主性已然折射出中国智慧的光芒，也同样因为拥有这些，她才不断的被技术界、产业界、科学界和民众所认可，也因为拥有这些，北斗的未来会更好。

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