几近零误差！高考考场使用的电波钟能精准校时

中科院物理所 2022-04-06

The following article is from 中国科普博览 Author 吉宁

5月16日，武汉市高考中考工作局际联席会公布，今年高考考场将全部更换为智能化自动校时的电波钟，考生不能戴手表进入考场。其实早在2012年6月2日，福建省教育考试学院就已经采购电波钟应用于福建省高考考场，这是电波钟首次用于高考考场计时。

机智的童鞋肯定会问，这电波钟表到底是什么东东？与传统钟表相比，它又具有哪些特点？

电波钟是为何物？

想搞懂电波钟，大家可以首先了解一下现代的“电子钟表班”成员：

l 石英钟

目前，我们最常用的是石英钟，属于电子钟表，价格低廉，一般每秒误差万分之一秒。

石英钟表计时原理是：给石英晶体加额定的电压后，经过压电效应输出某一固定频率，通过分频电路产生出1PPS（秒）信号，经过人为设定当前时刻后，以时、分、秒组合指针或数码管、液晶显示在屏幕上。抛开石英的老化问题暂且不谈，温度浮动等客观条件变化，也都会影响石英晶振的振动频率。因无法自动比对，石英钟的时间慢慢就与标准时间差距越来越大。

l 原子钟

相比于石英钟，原子钟则是“电子钟表班”中的优等生——精确度可以达到每百万年误差一秒。原子钟顾名思义，是利用原子本身的固有且稳定的特性来计时的。目前我们常用铯、氢、铷等元素，这些原子在能量跃迁时会发出稳定的电磁波。利用其自然共振频率，完成准确的计时工作。

l 电波钟

电波钟是依托于原子钟所产生的精确时间而存在的，是继石英钟表之后的新一代计时工具。

电波钟分为两类：

1、北斗卫星电波钟：接收卫星发出标准时间的微波信号

该类电波钟接收的微波信号属于直射波，穿透能力差，不能绕射，在室内就无法接收到北斗卫星信号，北斗卫星电波钟就无法正常工作。但在室外空旷区域，可以全天候接收工作。

图片来源：http://www.360doc4.net/articlenew/500508618.html

2、BPC（低频时码）电波钟：接收BPC标准时间长波信号

该类电波钟内置有接收天线，接收国家授时中心位于河南商丘的BPC发播台发射的时码信号，通过解码得出当前准确的时间。长波主要靠沿着地球表面的地波传播,其传播损耗小，绕射能力强，地波覆盖的区域内，低频钟在室内可以正常接收并校时。前文提到高考考场所用的电波钟就是这类。

图片来源：http://www.vicis.cn/product-3-207.aspx

至于“低频时码”授时，即是频率在20KHz-100KHz范围内的一种特殊的长波授时，目前的幅度调制授时能达到亚毫秒级精度。低频时码授时技术对使用者来说，精度较高而成本较低，是主要的民用钟表校时技术。也正是因为拥有此技术，中国成为世界上继德国、美国、英国、日本之后第五个实现长波授时技术民用化的国家。钟表业界认为，电波钟表开拓了计时器具新里程，将引发钟表产业革命性变化。

生活中，我们如果想要收听广播台的节目，打开可以接收广播的收音机调整至节目所在波段就可以收听了。原子钟产生的时间就像广播台中传播的信息，通过发播台的发射装置，向广大电波钟发出；

同样的，电波钟作为“用户端”，像收音机一样拥有接收装置，只不过电波钟接收到的是特殊的编码电波。电波钟根据收到的信息来调整时间，是原子钟的忠诚“跟班”。

不过电波钟并不是时刻与商丘发播台的原子钟“大哥”保持联系，作为“小弟”的电波钟，每天接收一次BPC无线发播台发射的时码信号，时间的保持依旧靠石英晶体产生的秒来走时，但却不会像石英钟那样日复一日积累误差。

可以说，电波钟是收听时间的机器。

电波钟所依靠的授时系统

电波钟是低频时码授时技术的终端应用产品之一。

上世纪九十年代，根据国际电信联盟推荐，国家授时中心部署低频时码授时技术研究，低频时码授时采用载频为68.5KHz的连续波时码授时体制技术，在信号设计、合成、频率共用等多方面取得突破性成果，核心技术拥有自主知识产权。

1999年与BPL长波台天线分时共用试播成功；2002年建成BPC低频时码授时台并试验发播；2007年，考虑到覆盖环渤海和长三角主要经济区的目标，国家授时中心在河南商丘建成一座大功率BPC低频时码授时连续发播台，全天21小时（8:00——次日5:00，5:00-8:00停机检修）定时发播，地波信号覆盖1000公里，天波信号覆盖3000公里，构筑了我国新一代低频时码授时系统，技术指标处于国际先进水平。定时精度亚毫秒（0.1ms）量级，为我国电波钟表产业化提供了技术支撑。

值得一提的是，圈内对于商丘所发出的BPC电波有另一个趣称——“丘波”，原来商丘BPC发播台一直以来所做的工作就是向我们“暗送秋波”呢！

另外，电波钟所接收到的时间信息不止是时分秒，还有年月日以及星期信息。

关于电波钟的一些其他问题

l 信号并不是无处不在

中国地域广阔，商丘发播台能够覆盖的范围却有限。该台发射的 BPC低频时码信号包括天、地波信号。通常，在半径500公里的范围内，电波钟可以正常接收校时。但随着距离的增加，低频时码信号的场强在减弱。

另外，信号质量不仅受外界信号干扰，还受天气、位置等环境因素影响。在楼房深处由于建筑物的屏蔽作用，信号质量不稳定是正常现象。特别是在边缘地区，就只有夜间时段偏向户外的位置可以接收到信号了。当然，如果确实接收不到信号的时候，也仍然可以通过手动方式调整时间。

l 国外淘来的的电波钟能用吗？

有朋友更喜欢日本设计师设计的电波钟，只是这种电波钟接收的是日本校时电波，自动校对日本时间，总是比国内快一个小时。不过也是可以改造的。这里所说的改造并不是简单回拨，正常改造要采用拆表针回拨一小时的方法，否则睡前调整好正常的北京时间，早上起来还是会自动变成了早一小时的东京时间，不过非常适合起床困难症患者使用。

l 普及还需要时间

从高考使用电波钟的过程来看，电波钟的普及速度还并没有和其精度的提升相匹配，不过随着人们生活节奏不断加快，以及工业上对时间的精确要求，相信电波钟还是会继续普及直至占领一席之地。

如果你刚好需要钟表，使用电波钟让你们“1314”“520”的承诺精确到秒吧！

（本文中标明来源的图片均已获得授权）

出品：科普中国

制作：中国科学院国家授时中心吉宁

监制：中国科学院计算机网络信息中心

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编辑：loulou