GPS全球定位系统归零 北斗系统却有招避免此bug

4月6日过后，民众日常生活中经常使用的全球定位系统GPS将迎来新周期。近日在旧金山召开的RSA美国信息安全大会上，有专家预测，旧GPS系统将在4月6日发生类似计算机千年虫的错误；更有安全专家表示，自己绝不会在当天搭乘飞机……

GPS为什么会有“归零”的现象？这会给我们带来什么影响？我国的北斗系统是否也存在此问题？科学家们怎么看，有什么解决方案？为此，科技日报记者采访了中国科学院有关专家。

“GPS周数翻转”是啥？

根据美国民用GPS服务接口委员会（CGSIC）近日发布的通知，GPS的整周计数值将于2019年4月6日24点由1023变为0，称作GPS周数翻转。这意味着GPS周计数将迎来新的周期。

为什么会出现这样的情况？“这个得从GPS系统的接口设计来解释这个现象。”长期从事北斗导航系统相关建设工作的科学家，中科院空天信息研究院研究员、博士生导师徐颖说，GPS系统作为一个全球性的导航定位授时系统，在设计之初就建立了自己的一套时间系统，称作GPS时，而这个起点对应UTC时间（世界协调时间）的1980年1月6日0时。为了达到授时的目的，则GPS系统通过导航信号不断向用户广播当前时刻所对应的GPS时，系统设计人员通过周计数（WN）和周内秒（TOW）来共同表示当前时刻距离GPS初始时刻的时间差，从而结合闰秒得到当前UTC时刻，完成授时。

中科院空天信息研究院工程师何智力说，因为多方面原因，GPS在设计之初，设计人员只用了10bit来表征WN，导致WN只能在0—1023之间循环。当WN从1023变为0时，就会发生GPS周数翻转，出现迎接新一周的说法。1024周对应到年上大概就是19.7年，从GPS系统时的起始时刻算起，上一次出现GPS周数翻转是1999年8月21日，这次就正好是2019年4月6日，2038年11月20日将会出现下一次GPS周数翻转。

“打个比方，小朋友因为还没有学习超过100的数，他每次数到100就又从0开始数，而按10进制的计数规则，100以后是101，200以后是201……以此类推，而小朋友每次遇到100都会回到0。这就类似于GPS周数翻转。”何智力说。

可能会带来什么影响？

“GPS接收机在没有做GPS周数翻转的预处理情况下，将导致接收机的输出时间返回到大约19年前。这对于依赖GPS授时的任何系统和应用都可能会造成影响。”何智力认为，在民航领域，授时基本都是依靠卫星导航系统来完成，所有自动化的设备都是以该时间来作为基准的。

因此，周数翻转可能引发空管雷达信号数据混乱，会引起数据中断、目标航迹与计划不相关等问题。

同时气象设备之间的信息交换也会因时间跳变而无法自动完成气象信息对齐，造成气象预报困难，从而可能影响飞行调度，带来不必要的损失。

此外，采用未做GPS周数翻转处理的接收机来授时也会对一些自动化运作的基础设施领域产生影响，比如电力、通信和金融领域所用的BITS系统。如果BITS系统只参考了GPS授时信号，则会造成BITS系统的时间跳变，可能就会造成系统瘫痪，影响大众使用。在金融领域，还可能造成无法完成结算，给用户带来经济损失。

如何消除隐患？

何智力表示，为了应对GPS周数翻转问题，一方面，各个行业应该提前联系GPS接收机供应方，咨询是否存在因GPS周数翻转带来授时错误问题，如果存在，应要求GPS接收机供应方更新固件。另一方面，使用GPS来进行授时的用户，要做好预案和仿真测试，排除隐患。

如何检查接收机是否会受到GPS周数翻转影响？对于普通用户，可联系自己的GPS接收机供应方，询问是否存在这个隐患，何时会出现，及时更新固件。对于专业用户，可以使用GPS信号模拟器来设置信号发播时刻，设置到2019年4月6日之后的任意时刻，反复测试GPS接收机是否会受到周数翻转影响。

北斗系统也有bug？

作为与美国GPS齐名的全球四大卫星导航系统之一，我国自主研发的北斗导航系统已成为当代中国一张耀眼的“国家名片”。那么北斗导航系统有没有类似的bug呢？

徐颖说，我国的北斗导航系统也存在BD周数翻转问题，但是我国的北斗系统设计人员结合GPS周数翻转周期短和一般GNSS接收机使用寿命情况，在设计时，其周计数用13bit表示，翻转周期是8192周，大概是160年，从而有效规避了该问题。其实，对应卫星导航系统周数翻转问题，是必然会出现的，只是翻转周期的长短问题，但是在用户接收机中可以设计合理的算法而规避这个问题，成为没有bug的万年历。

北斗系统将正式迈入全球时代 外媒对此有什么看法？

外媒称，在27日下午举行的新闻发布会上，中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其宣布：北斗三号基本系统完成建设，于27日开始提供全球服务。这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球，北斗系统正式迈入全球时代。

据新加坡《联合早报》12月27日报道，北斗系统是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统，可在全球范围，全天候、全天时，为各类用户提供高精度、高可靠的定位服务等。

报道称，自上世纪90年代开始，北斗系统启动研制，按“三步走”发展战略，先有源后无源，先区域后全球，先后建成北斗一号、北斗二号、北斗三号系统，走出了一条中国特色的卫星导航系统建设道路。

报道还称，2012年的今天，北斗系统面向亚太区域提供服务；六年后的今天，北斗系统面向全球开启服务。北斗系统建设，突破四大类百余项关键技术，确保亚太区域服务稳中有升，建设全球核心星座，实现中国航天能力整体跃升。

另据彭博新闻社12月27日报道，当天，中国的导航定位服务扩展到亚太地区以外，目标是在未来成为主导技术。

报道指出，这项名为“北斗”的服务类似GPS，利用一系列卫星为用户提供误差约10米的精确定位。全球销售的大多数智能手机芯片都将与北斗系统兼容。

北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其在北京举行的发布会上说：“从今天开始，无论走到哪里，北斗都会随时与你在一起。”

万亿级市场在招手

2018年，北斗三号的发射密度比起美、俄的发射密度纪录要高出一倍，而北斗三号卫星的批量生产和发射，无一失败。“科学的管理，提高了工作效率。”北斗三号卫星总指挥迟军说。

去年年底，一位在西昌工作多年的通信保障工程师告诉科技日报记者，2018年发射任务如此密集，但发射场的卫星试验人员较以往减少了近一半，发射场全流程时间缩短了近1/3，研制人员和研制周期都大为缩减。

除了效率的大幅攀升，北斗还有个本事，就是可与GPS射频实现兼容。

通常，接收机需要同时看到4颗导航卫星才能定位，看到的卫星越多越有利。北斗与GPS实现互操作，一台接收机能同时接收两个系统的卫星信号，使得定位更快更准。

我国的北斗系统从1990年代开始研发，2011年开始面向民间开放，是GPS之后市场前景最好的一个导航系统。由于北斗系统具有“短报文”能力，且抗遮挡能力强，在高楼林立的城市优势更明显，其应用已到快速发展期。目前，北斗已经在铁路、测绘、授时、航运、航空等多个行业中应用。未来，北斗在民用领域将形成庞大产业链。

据中国卫星导航定位协会估计，2020年北斗三号系统全面建成后，中国卫星导航产业规模将超过5000亿元。另有估计说，北斗在中国的市场占比，将由2016年的不到30%扩大到60%，反超GPS。

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