明るい月が海の上に昇ります。世界の果てで私たちはいつ会うのでしょうか?

著者: Year of Tons

査読者: 山東大学マイクロエレクトロニクス学部北斗通信システム応用技術教授 邢建平

「進路を外れました。ルートを再計画しました。適切な場所で引き返してください…」 これを聞いたとき、人生哲学を思い浮かべる人もいれば、素直に引き返す人もいるでしょうが、そのたびに自分が間違った道を通ったのか、ナビゲーションが正確でなかったのかと反省するでしょう。

測位を行うには、少なくとも自分と 4 つの異なる衛星との距離を知る必要があります。そのため、それらの衛星が正確にどこにあり、自分はどのくらい離れているかというデータの精度が、最終的な測位計算の精度を直接決定します。正確な計算の基礎は、誰もが統一された正確な時間システムを持っていることです。

#1秒

時間システムを確立するには、「瞬間」と「期間」という 2 つの概念を決定する必要があります。時間は特定の時間、分、秒であり、期間は 1 秒の長さです。明らかに、1 秒以上の長さは、基準となる何らかの継続的かつ安定した周期運動現象に依存します。古代から、一日の長さは日の出と日の入りに基づいて簡単に定義されていましたが、1秒の長さを明確に定義できるようになったのは、原子に関する徹底的な研究が進むようになってからでした。

現在、最も正確な 1 秒 (原子秒) は、セシウム 133 原子の基底状態の 2 つの超微細エネルギー レベル間の遷移に対応する放射線の 9192631770 サイクルの持続時間です。簡単に言えば、1 秒の長さはセシウム 133 原子の振動周期 (この振動は継続的かつ安定している) によって計算されます。

#北京タイム

地球の自転も継続的で安定した周期運動です。これに基づいて決定された時間は世界時と呼ばれ、天文学や測地学などの分野で使用されています。これは私たちが日常生活で使っている北京時間（またはグリニッジ標準時）でしょうか？答えはノーです。地球の自転は長期的には 1 年に約 1 秒遅くなる傾向があるため、世界時は厳密に統一された時間システムではありません。もちろん、この一年全体を逆算して、1秒の長さを決定することはできません。

原子時計の秒の長さは非常に安定しているため、これを使用して秒の標準的な長さを決定します。毎年、地球によって生じる余分な 1 秒が、ある時点で人工的に追加されます。追加される秒は「うるう秒」と呼ばれ、うるう年と同じ動作です。このようにして決定された時刻は、協定世界時（略称：協定時刻）と呼ばれます。

協定時刻と世界時刻の差が0.9秒を超える場合は、協定時刻に1秒が追加されます。現在、ほぼすべての国が北京時間を含め協定時間を使用しています。

#衛星時間

各ナビゲーション衛星およびタイミング衛星の動作は、それぞれの原子時計に依存します。カウンターは 1.5 秒ごとに増加し、1 週間 (604,800 秒) 後に 0 に戻ります。週番号は 1 ずつ増加し、最大値に達すると 0 に戻ります。たとえば、北斗時間の開始点は 2006 年 1 月 1 日の 00:00 で、週カウントの最大値は 8191 です。したがって、週リセットは 2164 年に発生します。

原子時計のタイミング情報は、放送ナビゲーションおよびタイミング メッセージに書き込まれます。うるう秒の問題に関しては、すべて受信側のソフトウェアの変換に任されています。衛星は連続的なタイミングのみを担当するため、衛星と調整された時間の間のギャップはますます大きくなり、毎年約1秒ずつ増加します。

#モニター

衛星が飛行する場合、相対論的効果を考慮する必要があります。衛星の原子時計は地上の同じ原子時計よりも1日あたり38マイクロ秒進んでいるため、宇宙に送り出す前にこの数値に基づいて原子時計の周波数を事前に調整する必要があります。さらに、衛星原子時計に予測できない誤差をもたらす未知の擾乱が常に存在するため、衛星自体が測定した時間をナビゲーションにおける距離測定の基準として直接使用することはできず、もちろん他のサービスを提供するために使用することもできません。

では、どの時間を基準にすればよいのでしょうか?地上監視により提供されるシステム時間です。北斗の地上監視時間は、北京にある人民解放軍時間周波数センターの原子時計グループから取得されます。これは Beidou のシステム時間ベンチマークです。私たちが受けるすべてのサービス（ナビゲーションなど）は、このシステム時間に基づいています。ただ、放送されるナビゲーションタイミングメッセージには、衛星時間とシステム時間の両方が含まれます。同様に、どちらも連続時間であり、うるう秒の問題は依然として受信側で変換する必要があります。単一の衛星で時間を監視する方法については、難しくありません。衛星にさらにいくつかの原子時計を搭載し、システム時間をリアルタイムで比較して、最も適した時計を選択するだけで済みます。

もちろん、北斗時間と国際原子時の偏差を注意深く監視する必要がありますが、いずれにせよ、北斗システムを使用すれば、独自の時間システムを持つことができ、正確な時間システムでもあります。

この記事は、中国科学普及-星空プロジェクト（創造と栽培）によって作成されました。転載の際は出典を明記してください。