長波授時塔，通過發(fā)射穩(wěn)定的長波信號，精確到微秒級地向千里之外的接收設(shè)備傳遞國家標準時間，為航天、國防、科研和日常生活提供著時間的基準和保障。今天咱們就來看看誰家的時間更準。

法國ALS162，半個世紀的時間守護者

說起法國的長波授時，不得不提那座幾乎與巴黎天際線融為一體的埃菲爾鐵塔。

1889年巴黎世博會，作為展覽的一部分，按計劃，埃菲爾鐵塔本該在博覽會結(jié)束的20年后就要拆除。

可埃菲爾鐵塔的設(shè)計者古斯塔夫·埃菲爾可不愿意讓自己的得意之作說沒就沒。

他給這座鐵塔，換了一個新身份——無線電發(fā)射站。

1898年11月5日，歐仁·杜克雷特成功地從埃菲爾鐵塔發(fā)出了第一個無線電信號，信號傳到了4公里外的先賢祠，證明了埃菲爾鐵塔作為無線電發(fā)射站的巨大潛力。

埃菲爾鐵塔

還真實瞌睡了送枕頭，這個千載難逢的機會，埃菲爾可不會放過。

1908年，他把鐵塔提供給軍方，用以安裝無線電天線。

次年，一個永久性無線電站在鐵塔下方建成，埃菲爾因此獲得了將特許權(quán)延長的批準。

1910年5月23日，鐵塔正式開始了長波授時廣播服務(wù)。

授時信號以附近巴黎天文臺的時鐘為參考，每天發(fā)送兩次。

埃菲爾鐵塔頂部有120根天線

值得一提的是，在一戰(zhàn)期間，埃菲爾鐵塔曾被當作軍事電信中心，截獲敵方的無線電通信。

如今的法國長波授時系統(tǒng)ALS162，正是從埃菲爾鐵塔的早期實驗發(fā)展而來。

它在162千赫茲的頻率上發(fā)送標準時間信號，時間基準由法國國家計量實驗室提供，廣播由TéléDiffusion de France負責。

雖然發(fā)射功率從最初的2000千瓦，降到了現(xiàn)在的800千瓦，但是依然能夠穩(wěn)定地覆蓋3500公里范圍，幾乎可以輻射整個西歐。

ALS162的350 米高天線

ALS162用的是相位調(diào)制技術(shù)，比德國DCF77的幅度調(diào)制更為復(fù)雜，但傳輸功率卻是DCF77的16倍。

每周二上午8點到中午12點，系統(tǒng)會進行定期維護，這是唯一的中斷時間。

ALS162的銫原子鐘保證了信號精度超過1毫秒，這對于法國鐵路、電力分配商Enedis、機場、醫(yī)院等30萬臺依賴此信號的設(shè)備至關(guān)重要。

參考資料：
1、Inside Towers官網(wǎng).《從摩爾斯電碼到數(shù)字廣播：埃菲爾鐵塔又增加了一根天線》
2、美國國家標準與技術(shù)研究院時間和頻率部門官網(wǎng).《時間信號站 邁克爾·a·隆巴德著》

世界上第一臺實用的銫鐘

德國DCF77，工業(yè)強國的時間基石

德國在長波授時技術(shù)領(lǐng)域算是先行者。

早在20世紀50年代末，他們就在法蘭克福搭建起了長波授時中心。

為啥選長波呢？

因為長波的波長長，能繞過障礙物傳播，覆蓋范圍自然就更廣。

而且長波在傳播過程中衰減小，信號也更穩(wěn)定。

長波與短波通訊示意圖

但長波也有短板，就是信息傳輸速率比較慢，不適合傳大數(shù)據(jù)。

但授時嘛，只要傳時間信息就夠了。

這對于幅員不大的德國來說，用一個長波授時發(fā)射站就能覆蓋全國。

其中最著名的就是DCF77長波授時塔了。

它由德國物理技術(shù)研究院負責管理，專門為歐洲地區(qū)，提供可靠的時間信號。

DCF77低頻T 型天線

這個“77”所代表的，就是它的發(fā)射頻率為77.5kHz。

這個頻率特別穩(wěn)，能保證授時信號的準確性。

DCF77的信號覆蓋范圍非常之廣，幾乎整個歐洲都能夠接收到。

DCF77長波授時塔的結(jié)構(gòu)也挺有意思。

主要就是一座大概200米高的發(fā)射塔，外加一些配套設(shè)施。

塔頂有一個巨型天線，是專門用來發(fā)射77.5kHz的授時信號的。

Mainflingen發(fā)射機使用獨立的拉線格構(gòu)桅桿來升高DCF77天線

這天線必須經(jīng)得住各種惡劣天氣的考驗，確保信號的穩(wěn)定和覆蓋范圍。

DCF77發(fā)出的信號，是一種特殊的編碼信號，里面詳細地記錄著年、月、日、時、分、秒等諸多時間信息。

接收設(shè)備只要能正確地解碼這些信號，就能夠得到準確的時間。

現(xiàn)在市面上賣的那些電波鐘，就是靠接收DCF77或者其他授時臺的信號來自動對時的。

DCF77的精度最高能達到±2毫秒，與原子鐘的時間幾乎沒有差別。

低成本 DCF77 接收器

當然啦，金無足赤，DCF77也不是十全十美。

長波這東西，容易受到天氣、地形等因素的影響，導(dǎo)致接收不穩(wěn)定。

尤其是在山區(qū)或者建筑物密集的地方，接收效果可能會打折扣。

還有就是DCF77的覆蓋范圍也有限。

雖然能覆蓋歐洲大部分地區(qū)，但出了歐洲，接收效果就不行了。

所以，你要是在亞洲或者美洲用電波鐘，就得選能接收其他授時臺信號的，比如美國的WWVB，或者日本的JJY。

參考信息：
1、維基百科.《DCF77》
2、德國物理技術(shù)研究院官網(wǎng).《專題：DCF77 50年的時間傳播》
3、hopf Elektronik GmbH官網(wǎng).《DCF77與GPS授時接收器的功能及精度比較》

DCF77的信號覆蓋范圍

中國敦煌，刷新精度極限

上世紀六十年代，國家為了戰(zhàn)略需要，就決定在西北大后方建了個短波授時臺。

那時候，國際形勢復(fù)雜，啥都得靠自己。

一批科學家和熱血青年，從五湖四海跑到陜西蒲城，開始了代號“326工程”的艱苦創(chuàng)業(yè)。

那時候的條件，用一窮二白來形容都算客氣了。

要技術(shù)沒技術(shù)，要經(jīng)驗沒經(jīng)驗，都是摸著石頭過河。

老短波授時臺舊址

幾經(jīng)波折終于把咱們的第一代專用授時系統(tǒng)給搗鼓出來了。

1970年，短波授時臺竣工，信號覆蓋半徑達到3000公里，授時精度達到了1毫秒。

后來隨著航天技術(shù)以及國防建設(shè)的突飛猛進，對時間精度的要求也變得更高了。

短波授時有點跟不上腳步，于是，長波授時臺的建設(shè)就被提上了議事日程。

有了之前的經(jīng)驗打底，加上國家實力也上了一個臺階，長波授時臺的建設(shè)相對來說順利一些。

不過這仍然是個復(fù)雜又龐大的系統(tǒng)工程。

長波授時發(fā)射機房

長波授時臺的建設(shè)，還要考慮到戰(zhàn)略安全和抗打擊能力。

主體建筑需建在地下40米處，深度可達四層樓之深，里面設(shè)有發(fā)射機系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、通風系統(tǒng)與水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，總面積超6000平方米，通道縱橫交錯，仿若一個地下迷宮。

地面上的天線，四座倒錐形的鐵塔，塔距400米，塔高206米，那叫一個壯觀。

1986年，長波授時臺終于建成，正式開始承擔國家授時任務(wù)。

長波授時臺舊址外景

它的建成，讓咱們的陸基無線電授時精度從短波授時的毫秒級，提高到了微秒級。

1988年，長波授時系統(tǒng)還拿了國家科技進步獎一等獎。

現(xiàn)在，這個地下迷宮已經(jīng)搖身一變，成了“堅守使命·為國授時”科學家精神教育基地，對外開放了，有機會可以去參觀參觀。

為了滿足大家日益增長的用時需求，咱們國家還在不斷升級授時系統(tǒng)。

敦煌授時臺試播

這不，位于甘肅敦煌的高精度地基授時系統(tǒng)，已經(jīng)在2023年9月開工建設(shè)了。

這個敦煌授時臺，采用了增強型的羅蘭授時技術(shù)，結(jié)合了現(xiàn)有的長波授時臺站，實現(xiàn)長波授時信號的全國土覆蓋。

通過差分技術(shù)，敦煌長波授時臺實現(xiàn)了20納秒的兆瓦級羅蘭授時發(fā)播精度，比現(xiàn)在國際上最好的水平還要高出一大截。

參考信息：
1、維基百科.《BPM（時間服務(wù)）》
2、中國科學院國家授時中心.《設(shè)施》