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GPS系統(tǒng)4月6日將迎來新周期——全球定位系統(tǒng)“歸零”

2019-03-25 熱度:4458 ℃

  4月6日過后,民眾日常生活中經(jīng)常使用的全球定位系統(tǒng)GPS將迎來新周期。近日在舊金山召開的RSA美國信息安全大會上,有專家預(yù)測,舊GPS系統(tǒng)將在4月6日發(fā)生類似計算機(jī)千年蟲的錯誤;更有安全專家表示,自己絕不會在當(dāng)天搭乘飛機(jī)……

  GPS為什么會有“歸零”的現(xiàn)象?這會給我們帶來什么影響?我國的北斗系統(tǒng)是否也存在此問題?科學(xué)家們怎么看,有什么解決方案?為此,記者采訪了中國科學(xué)院有關(guān)專家。

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  “GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)”是啥?

  根據(jù)美國民用GPS服務(wù)接口委員會(CGSIC)近日發(fā)布的通知,GPS的整周計數(shù)值將于2019年4月6日24點由1023變?yōu)?,稱作GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)。這意味著GPS周計數(shù)將迎來新的周期。

  為什么會出現(xiàn)這樣的情況?“這個得從GPS系統(tǒng)的接口設(shè)計來解釋這個現(xiàn)象?!遍L期從事北斗導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)建設(shè)工作的科學(xué)家,中科院空天信息研究院研究員、博士生導(dǎo)師徐穎說,GPS系統(tǒng)作為一個全球性的導(dǎo)航定位授時系統(tǒng),在設(shè)計之初就建立了自己的一套時間系統(tǒng),稱作GPS時,而這個起點對應(yīng)UTC時間(世界協(xié)調(diào)時間)的1980年1月6日0時。為了達(dá)到授時的目的,則GPS系統(tǒng)通過導(dǎo)航信號不斷向用戶廣播當(dāng)前時刻所對應(yīng)的GPS時,系統(tǒng)設(shè)計人員通過周計數(shù)(WN)和周內(nèi)秒(TOW)來共同表示當(dāng)前時刻距離GPS初始時刻的時間差,從而結(jié)合閏秒得到當(dāng)前UTC時刻,完成授時。

  中科院空天信息研究院工程師何智力說,因為多方面原因,GPS在設(shè)計之初,設(shè)計人員只用了10bit來表征WN,導(dǎo)致WN只能在0—1023之間循環(huán)。當(dāng)WN從1023變?yōu)?時,就會發(fā)生GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn),出現(xiàn)迎接新一周的說法。1024周對應(yīng)到年上大概就是19.7年,從GPS系統(tǒng)時的起始時刻算起,上一次出現(xiàn)GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)是1999年8月21日,這次就正好是2019年4月6日,2038年11月20日將會出現(xiàn)下一次GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)。

  “打個比方,小朋友因為還沒有學(xué)習(xí)超過100的數(shù),他每次數(shù)到100就又從0開始數(shù),而按10進(jìn)制的計數(shù)規(guī)則,100以后是101,200以后是201……以此類推,而小朋友每次遇到100都會回到0。這就類似于GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)。”何智力說。

  可能會帶來什么影響?

  “GPS接收機(jī)在沒有做GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)的預(yù)處理情況下,將導(dǎo)致接收機(jī)的輸出時間返回到大約19年前。這對于依賴GPS授時的任何系統(tǒng)和應(yīng)用都可能會造成影響。”何智力認(rèn)為,在民航領(lǐng)域,授時基本都是依靠衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來完成,所有自動化的設(shè)備都是以該時間來作為基準(zhǔn)的。

  因此,周數(shù)翻轉(zhuǎn)可能引發(fā)空管雷達(dá)信號數(shù)據(jù)混亂,會引起數(shù)據(jù)中斷、目標(biāo)航跡與計劃不相關(guān)等問題。

  同時氣象設(shè)備之間的信息交換也會因時間跳變而無法自動完成氣象信息對齊,造成氣象預(yù)報困難,從而可能影響飛行調(diào)度,帶來不必要的損失。

  此外,采用未做GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)處理的接收機(jī)來授時也會對一些自動化運(yùn)作的基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域產(chǎn)生影響,比如電力、通信和金融領(lǐng)域所用的BITS系統(tǒng)。如果BITS系統(tǒng)只參考了GPS授時信號,則會造成BITS系統(tǒng)的時間跳變,可能就會造成系統(tǒng)癱瘓,影響大眾使用。在金融領(lǐng)域,還可能造成無法完成結(jié)算,給用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

  如何消除隱患?

  何智力表示,為了應(yīng)對GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)問題,一方面,各個行業(yè)應(yīng)該提前聯(lián)系GPS接收機(jī)供應(yīng)方,咨詢是否存在因GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)帶來授時錯誤問題,如果存在,應(yīng)要求GPS接收機(jī)供應(yīng)方更新固件。另一方面,使用GPS來進(jìn)行授時的用戶,要做好預(yù)案和仿真測試,排除隱患。

  如何檢查接收機(jī)是否會受到GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)影響?對于普通用戶,可聯(lián)系自己的GPS接收機(jī)供應(yīng)方,詢問是否存在這個隱患,何時會出現(xiàn),及時更新固件。對于專業(yè)用戶,可以使用GPS信號模擬器來設(shè)置信號發(fā)播時刻,設(shè)置到2019年4月6日之后的任意時刻,反復(fù)測試GPS接收機(jī)是否會受到周數(shù)翻轉(zhuǎn)影響。

  北斗系統(tǒng)也有bug?

  作為與美國GPS齊名的全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一,我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已成為當(dāng)代中國一張耀眼的“國家名片”。那么北斗導(dǎo)航系統(tǒng)有沒有類似的bug呢?

  徐穎說,我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也存在BD周數(shù)翻轉(zhuǎn)問題,但是我國的北斗系統(tǒng)設(shè)計人員結(jié)合GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)周期短和一般GNSS RTK接收機(jī)使用壽命情況,在設(shè)計時,其周計數(shù)用13bit表示,翻轉(zhuǎn)周期是8192周,大概是160年,從而有效規(guī)避了該問題。其實,對應(yīng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)周數(shù)翻轉(zhuǎn)問題,是必然會出現(xiàn)的,只是翻轉(zhuǎn)周期的長短問題,但是在用戶接收機(jī)中可以設(shè)計合理的算法而規(guī)避這個問題,成為沒有bug的萬年歷。

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