4 月 6 日過后，民眾日常生活中經常使用的全球定位系統 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，有專家預測，舊 GPS 系統將在 4 月 6 日發生類似計算機千年蟲的錯誤;更有安全專家表示，自己絕不會在當天搭乘飛機……

　　GPS 為什么會有“歸零”的現象?這會給我們帶來什么影響?我國的北斗系統是否也存在此問題?科學家們怎么看，有什么解決方案?為此，科技日報記者采訪了中國科學院有關專家。

　　“GPS 周數翻轉”是啥?

　　根據美國民用 GPS 服務接口委員會(CGSIC)近日發布的通知，GPS 的整周計數值將于 2019 年 4 月 6 日 24 點由 1023 變為0，稱作 GPS 周數翻轉。這意味著 GPS 周計數將迎來新的周期。

　　為什么會出現這樣的情況?“這個得從 GPS 系統的接口設計來解釋這個現象。”長期從事北斗導航系統相關建設工作的科學家，中科院空天信息研究院研究員、博士生導師徐穎說，GPS 系統作為一個全球性的導航定位授時系統，在設計之初就建立了自己的一套時間系統，稱作 GPS 時，而這個起點對應 UTC 時間(世界協調時間)的 1980 年 1 月 6 日 0 時。為了達到授時的目的，則 GPS 系統通過導航信號不斷向用戶廣播當前時刻所對應的 GPS 時，系統設計人員通過周計數(WN)和周內秒(TOW)來共同表示當前時刻距離 GPS 初始時刻的時間差，從而結合閏秒得到當前 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 在設計之初，設計人員只用了 10bit 來表征 WN，導致 WN 只能在0—1023 之間循環。當 WN 從 1023 變為 0 時，就會發生 GPS 周數翻轉，出現迎接新一周的說法。1024 周對應到年上大概就是 19.7 年，從 GPS 系統時的起始時刻算起，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 日將會出現下一次 GPS 周數翻轉。

　　“打個比方，小朋友因為還沒有學習超過 100 的數，他每次數到 100 就又從 0 開始數，而按 10 進制的計數規則，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 周數翻轉。”何智力說。

　　可能會帶來什么影響?

　　“GPS 接收機在沒有做 GPS 周數翻轉的預處理情況下，將導致接收機的輸出時間返回到大約 19 年前。這對于依賴 GPS 授時的任何系統和應用都可能會造成影響。”何智力認為，在民航領域，授時基本都是依靠衛星導航系統來完成，所有自動化的設備都是以該時間來作為基準的。

　　因此，周數翻轉可能引發空管雷達信號數據混亂，會引起數據中斷、目標航跡與計劃不相關等問題。

　　同時氣象設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，造成氣象預報困難，從而可能影響飛行調度，帶來不必要的損失。

　　此外，采用未做 GPS 周數翻轉處理的接收機來授時也會對一些自動化運作的基礎設施領域產生影響，比如電力、通信和金融領域所用的 BITS 系統。如果 BITS 系統只參考了 GPS 授時信號，則會造成 BITS 系統的時間跳變，可能就會造成系統癱瘓，影響大眾使用。在金融領域，還可能造成無法完成結算，給用戶帶來經濟損失。

　　如何消除隱患?

　　何智力表示，為了應對 GPS 周數翻轉問題，一方面，各個行業應該提前聯系 GPS 接收機供應方，咨詢是否存在因 GPS 周數翻轉帶來授時錯誤問題，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 來進行授時的用戶，要做好預案和仿真測試，排除隱患。

　　如何檢查接收機是否會受到 GPS 周數翻轉影響?對于普通用戶，可聯系自己的 GPS 接收機供應方，詢問是否存在這個隱患，何時會出現，及時更新固件。對于專業用戶，可以使用 GPS 信號模擬器來設置信號發播時刻，設置到 2019 年 4 月 6 日之后的任意時刻，反復測試 GPS 接收機是否會受到周數翻轉影響。

　　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有類似的 bug 呢?

　　徐穎說，我國的北斗導航系統也存在 BD 周數翻轉問題，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，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題。其實，對應衛星導航系統周數翻轉問題，是必然會出現的，只是翻轉周期的長短問題，但是在用戶接收機中可以設計合理的算法而規避這個問題，成為沒有 bug 的萬年歷。
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