作者： 喵小黑
5月16日，武漢市高考中考工作局際聯席會公布，今年高考考場將全部更換為智能化自動校時的電波鐘，考生不能戴手錶進入考場。其實早在2012年6月2日，福建省教育考試學院就已經採購電波鐘應用於福建省高考考場，這是電波鐘首次用於高考考場計時。
機智的童鞋肯定會問，這電波鐘表到底是什麼東東？與傳統鐘錶相比，它又具有哪些特點？
電波鐘是為何物？
想搞懂電波鐘，大家可以首先了解一下現代的「電子鐘錶班」成員：
l石英鐘
目前，我們最常用的是石英鐘，屬於電子鐘錶，價格低廉，一般每秒誤差萬分之一秒。
石英鐘錶計時原理是：給石英晶體加額定的電壓後，經過壓電效應輸出某一固定頻率，通過分頻電路產生出1PPS（秒）信號，經過人為設定當前時刻後，以時、分、秒組合指針或數碼管、液晶顯示在屏幕上。拋開石英的老化問題暫且不談，溫度浮動等客觀條件變化，也都會影響石英晶振的振動頻率。因無法自動比對，石英鐘的時間慢慢就與標準時間差距越來越大。
l原子鐘
相比於石英鐘，原子鐘則是「電子鐘錶班」中的優等生——精確度可以達到每百萬年誤差一秒。原子鐘顧名思義，是利用原子本身的固有且穩定的特性來計時的。目前我們常用銫、氫、銣等元素，這些原子在能量躍遷時會發出穩定的電磁波。利用其自然共振頻率，完成準確的計時工作。
l電波鐘
電波鐘是依託於原子鐘所產生的精確時間而存在的，是繼石英鐘錶之後的新一代計時工具。
電波鐘分為兩類：
1、北鬥衛星電波鐘：接收衛星發出標準時間的微波信號
該類電波鐘接收的微波信號屬於直射波，穿透能力差，不能繞射，在室內就無法接收到北鬥衛星信號，北鬥衛星電波鐘就無法正常工作。但在室外空曠區域，可以全天候接收工作。
圖片來源：http://www.360doc4.net/articlenew/500508618.html
2、BPC（低頻時碼）電波鐘：接收BPC標準時間長波信號
該類電波鐘內置有接收天線，接收國家授時中心位於河南商丘的BPC發播臺發射的時碼信號，通過解碼得出當前準確的時間。長波主要靠沿著地球表面的地波傳播,其傳播損耗小，繞射能力強，地波覆蓋的區域內，低頻鍾在室內可以正常接收並校時。前文提到高考考場所用的電波鐘就是這類。
圖片來源：http://www.vicis.cn/product-3-207.aspx
圖片來源：http://www.vicis.cn/product-3-207.aspx
至於「低頻時碼」授時，即是頻率在20KHz-100KHz範圍內的一種特殊的長波授時，目前的幅度調製授時能達到亞毫秒級精度。低頻時碼授時技術對使用者來說，精度較高而成本較低，是主要的民用鐘錶校時技術。也正是因為擁有此技術，中國成為世界上繼德國、美國、英國、日本之後第五個實現長波授時技術民用化的國家。鐘錶業界認為，電波鐘表開拓了計時器具新裡程，將引發鐘錶產業革命性變化。
生活中，我們如果想要收聽廣播臺的節目，打開可以接收廣播的收音機調整至節目所在波段就可以收聽了。原子鐘產生的時間就像廣播臺中傳播的信息，通過發播臺的發射裝置，向廣大電波鐘發出；
同樣的，電波鐘作為「用戶端」，像收音機一樣擁有接收裝置，只不過電波鐘接收到的是特殊的編碼電波。電波鐘根據收到的信息來調整時間，是原子鐘的忠誠「跟班」。
不過電波鐘並不是時刻與商丘發播臺的原子鐘「大哥」保持聯繫，作為「小弟」的電波鐘，每天接收一次BPC無線發播臺發射的時碼信號，時間的保持依舊靠石英晶體產生的秒來走時，但卻不會像石英鐘那樣日復一日積累誤差。
可以說，電波鐘是收聽時間的機器。
電波鐘所依靠的授時系統
電波鐘是低頻時碼授時技術的終端應用產品之一。
上世紀九十年代，根據國際電信聯盟推薦，國家授時中心部署低頻時碼授時技術研究，低頻時碼授時採用載頻為68.5KHz的連續波時碼授時體制技術，在信號設計、合成、頻率共用等多方面取得突破性成果，核心技術擁有自主智慧財產權。
1999年與BPL長波臺天線分時共用試播成功；2002年建成BPC低頻時碼授時臺並試驗發播；2007年，考慮到覆蓋環渤海和長三角主要經濟區的目標，國家授時中心在河南商丘建成一座大功率BPC低頻時碼授時連續發播臺，全天21小時（8:00——次日5:00，5:00-8:00停機檢修）定時發播，地波信號覆蓋1000公裡，天波信號覆蓋3000公裡，構築了我國新一代低頻時碼授時系統，技術指標處於國際先進水平。定時精度亞毫秒（0.1ms）量級，為我國電波鐘表產業化提供了技術支撐。
值得一提的是，圈內對於商丘所發出的BPC電波有另一個趣稱——「丘波」，原來商丘BPC發播臺一直以來所做的工作就是向我們「暗送秋波」呢！
另外，電波鐘所接收到的時間信息不止是時分秒，還有年月日以及星期信息。
關於電波鐘的一些其他問題
l信號並不是無處不在
中國地域廣闊，商丘發播臺能夠覆蓋的範圍卻有限。該臺發射的 BPC低頻時碼信號包括天、地波信號。通常，在半徑500公裡的範圍內，電波鐘可以正常接收校時。但隨著距離的增加，低頻時碼信號的場強在減弱。
另外，信號質量不僅受外界信號幹擾，還受天氣、位置等環境因素影響。在樓房深處由於建築物的屏蔽作用，信號質量不穩定是正常現象。特別是在邊緣地區，就只有夜間時段偏向戶外的位置可以接收到信號了。當然，如果確實接收不到信號的時候，也仍然可以通過手動方式調整時間。
l國外淘來的的電波鐘能用嗎？
有朋友更喜歡日本設計師設計的電波鐘，只是這種電波鐘接收的是日本校時電波，自動校對日本時間，總是比國內快一個小時。不過也是可以改造的。這裡所說的改造並不是簡單回撥，正常改造要採用拆錶針回撥一小時的方法，否則睡前調整好正常的北京時間，早上起來還是會自動變成了早一小時的東京時間，不過非常適合起床困難症患者使用。
l普及還需要時間
從高考使用電波鐘的過程來看，電波鐘的普及速度還並沒有和其精度的提升相匹配，不過隨著人們生活節奏不斷加快，以及工業上對時間的精確要求，相信電波鐘還是會繼續普及直至佔領一席之地。
如果你剛好需要鐘錶，使用電波鐘讓你們「1314」「520」的承諾精確到秒吧！
（本文中標明來源的圖片均已獲得授權）
出品：科普中國
製作：中國科學院國家授時中心 吉寧
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
本文來源於「中國科普博覽」公眾號（kepubolan），轉載請註明公眾號出處