全球定位系統歸零是怎么回事？全球定位系統歸零有什么影響？

　　4月6日過(guò)后，民眾日常生活中經(jīng)常使用的全球定位系統GPS將迎來(lái)新周期。近日在舊金山召開(kāi)的RSA美國信息安全大會(huì )上，有專(zhuān)家預測，舊GPS系統將在4月6日發(fā)生類(lèi)似計算機千年蟲(chóng)的錯誤;更有安全專(zhuān)家表示，自己絕不會(huì )在當天搭乘飛機……

　　GPS為什么會(huì )有“歸零”的現象?這會(huì )給我們帶來(lái)什么影響?我國的北斗系統是否也存在此問(wèn)題?科學(xué)家們怎么看，有什么解決方案?為此，科技日報記者采訪(fǎng)了中國科學(xué)院有關(guān)專(zhuān)家。

　　“GPS周數翻轉”是啥?

　　根據美國民用GPS服務(wù)接口委員會(huì )(CGSIC)近日發(fā)布的通知，GPS的整周計數值將于2019年4月6日24點(diǎn)由1023變?yōu)?，稱(chēng)作GPS周數翻轉。這意味著(zhù)GPS周計數將迎來(lái)新的周期。

　　為什么會(huì )出現這樣的情況?“這個(gè)得從GPS系統的接口設計來(lái)解釋這個(gè)現象?！遍L(cháng)期從事北斗導航系統相關(guān)建設工作的科學(xué)家，中科院空天信息研究院研究員、博士生導師徐穎說(shuō)，GPS系統作為一個(gè)全球性的導航定位授時(shí)系統，在設計之初就建立了自己的一套時(shí)間系統，稱(chēng)作GPS時(shí)，而這個(gè)起點(diǎn)對應UTC時(shí)間(世界協(xié)調時(shí)間)的1980年1月6日0時(shí)。為了達到授時(shí)的目的，則GPS系統通過(guò)導航信號不斷向用戶(hù)廣播當前時(shí)刻所對應的GPS時(shí)，系統設計人員通過(guò)周計數(WN)和周內秒(TOW)來(lái)共同表示當前時(shí)刻距離GPS初始時(shí)刻的時(shí)間差，從而結合閏秒得到當前UTC時(shí)刻，完成授時(shí)。

　　中科院空天信息研究院工程師何智力說(shuō)，因為多方面原因，GPS在設計之初，設計人員只用了10bit來(lái)表征WN，導致WN只能在0—1023之間循環(huán)。當WN從1023變?yōu)?時(shí)，就會(huì )發(fā)生GPS周數翻轉，出現迎接新一周的說(shuō)法。1024周對應到年上大概就是19.7年，從GPS系統時(shí)的起始時(shí)刻算起，上一次出現GPS周數翻轉是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(huì )出現下一次GPS周數翻轉。

　　“打個(gè)比方，小朋友因為還沒(méi)有學(xué)習超過(guò)100的數，他每次數到100就又從0開(kāi)始數，而按10進(jìn)制的計數規則，100以后是101，200以后是201……以此類(lèi)推，而小朋友每次遇到100都會(huì )回到0。這就類(lèi)似于GPS周數翻轉?！焙沃橇φf(shuō)。

　　可能會(huì )帶來(lái)什么影響?

　　“GPS接收機在沒(méi)有做GPS周數翻轉的預處理情況下，將導致接收機的輸出時(shí)間返回到大約19年前。這對于依賴(lài)GPS授時(shí)的任何系統和應用都可能會(huì )造成影響?！焙沃橇φJ為，在民航領(lǐng)域，授時(shí)基本都是依靠衛星導航系統來(lái)完成，所有自動(dòng)化的設備都是以該時(shí)間來(lái)作為基準的。

　　因此，周數翻轉可能引發(fā)空管雷達信號數據混亂，會(huì )引起數據中斷、目標航跡與計劃不相關(guān)等問(wèn)題。

　　同時(shí)氣象設備之間的信息交換也會(huì )因時(shí)間跳變而無(wú)法自動(dòng)完成氣象信息對齊，造成氣象預報困難，從而可能影響飛行調度，帶來(lái)不必要的損失。

　　此外，采用未做GPS周數翻轉處理的接收機來(lái)授時(shí)也會(huì )對一些自動(dòng)化運作的基礎設施領(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。如果BITS系統只參考了GPS授時(shí)信號，則會(huì )造成BITS系統的時(shí)間跳變，可能就會(huì )造成系統癱瘓，影響大眾使用。在金融領(lǐng)域，還可能造成無(wú)法完成結算，給用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟損失。

　　如何消除隱患?

　　何智力表示，為了應對GPS周數翻轉問(wèn)題，一方面，各個(gè)行業(yè)應該提前聯(lián)系GPS接收機供應方，咨詢(xún)是否存在因GPS周數翻轉帶來(lái)授時(shí)錯誤問(wèn)題，如果存在，應要求GPS接收機供應方更新固件。另一方面，使用GPS來(lái)進(jìn)行授時(shí)的用戶(hù)，要做好預案和仿真測試，排除隱患。

　　如何檢查接收機是否會(huì )受到GPS周數翻轉影響?對于普通用戶(hù)，可聯(lián)系自己的GPS接收機供應方，詢(xún)問(wèn)是否存在這個(gè)隱患，何時(shí)會(huì )出現，及時(shí)更新固件。對于專(zhuān)業(yè)用戶(hù)，可以使用GPS信號模擬器來(lái)設置信號發(fā)播時(shí)刻，設置到2019年4月6日之后的任意時(shí)刻，反復測試GPS接收機是否會(huì )受到周數翻轉影響。

　　北斗系統也有bug?

　　作為與美國GPS齊名的全球四大衛星導航系統之一，我國自主研發(fā)的北斗導航系統已成為當代中國一張耀眼的“國家名片”。那么北斗導航系統有沒(méi)有類(lèi)似的bug呢?

　　徐穎說(shuō)，我國的北斗導航系統也存在BD周數翻轉問(wèn)題，但是我國的北斗系統設計人員結合GPS周數翻轉周期短和一般GNSS接收機使用壽命情況，在設計時(shí)，其周計數用13bit表示，翻轉周期是8192周，大概是160年，從而有效規避了該問(wèn)題。其實(shí)，對應衛星導航系統周數翻轉問(wèn)題，是必然會(huì )出現的，只是翻轉周期的長(cháng)短問(wèn)題，但是在用戶(hù)接收機中可以設計合理的算法而規避這個(gè)問(wèn)題，成為沒(méi)有bug的萬(wàn)年歷。