GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)

GPS系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就建立了自己的一套時(shí)間系統(tǒng)，稱作GPS時(shí)，而這個(gè)起點(diǎn)對(duì)應(yīng)UTC時(shí)間（世界協(xié)調(diào)時(shí)間）的1980年1月6日0時(shí)。為了達(dá)到授時(shí)的目的，GPS系統(tǒng)通過導(dǎo)航信號(hào)不斷向用戶廣播當(dāng)前時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的GPS時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通過周計(jì)數(shù)（WN）和周內(nèi)秒（TOW）來共同表示當(dāng)前時(shí)刻距離GPS初始時(shí)刻的時(shí)間差，從而結(jié)合閏秒得到當(dāng)前UTC時(shí)刻，完成授時(shí)。

因?yàn)槎喾皆?，GPS在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員只用了10bit來表征WN，導(dǎo)致WN只能在0～1 023之間循環(huán)。當(dāng)WN從1 023變?yōu)?時(shí)，就會(huì)發(fā)生GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)。打個(gè)比方，小朋友因?yàn)檫€沒有學(xué)習(xí)超過100的數(shù)，每次數(shù)到100就又從0開始數(shù)，這就類似于GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)。1 024周對(duì)應(yīng)到年上大概是19.7年，從GPS系統(tǒng)時(shí)的起始時(shí)刻算起，上一次出現(xiàn)GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)是1999年8月21日，下一次將會(huì)出現(xiàn)在2038年11月20日。

可能會(huì)帶來什么影響

GPS接收機(jī)在沒有做GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)預(yù)處理的情況下，將導(dǎo)致接收機(jī)的輸出時(shí)間返回到大約19年前。這對(duì)于依賴GPS授時(shí)的任何系統(tǒng)和應(yīng)用，都可能造成影響。例如，在民航領(lǐng)域，授時(shí)基本都是依靠衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來完成，周數(shù)翻轉(zhuǎn)可能引發(fā)空管雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)混亂，會(huì)引起數(shù)據(jù)中斷、目標(biāo)航跡與計(jì)劃不相關(guān)等問題。

另外，采用未做GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)處理的接收機(jī)來授時(shí)，也會(huì)對(duì)一些自動(dòng)化運(yùn)作的基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域產(chǎn)生影響，例如，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(shí)信號(hào)，則會(huì)造成BITS系統(tǒng)的時(shí)間跳變，可能造成系統(tǒng)癱瘓，影響大眾使用。在金融領(lǐng)域，還可能導(dǎo)致無法完成結(jié)算，給用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

北斗系統(tǒng)是否有bug

我國北斗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員結(jié)合GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)周期短和一般GNSS接收機(jī)使用壽命情況，在設(shè)計(jì)時(shí)，其周計(jì)數(shù)用13bit表示，翻轉(zhuǎn)周期是8 192周，大概是160年，從而有效規(guī)避了該問題。

其實(shí)，對(duì)應(yīng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)周數(shù)翻轉(zhuǎn)問題是必然會(huì)出現(xiàn)的，只是翻轉(zhuǎn)周期的長短問題。在用戶接收機(jī)中可以設(shè)計(jì)合理的算法規(guī)避這個(gè)問題，成為沒有bug的萬年歷。

摘自2019年《科技日?qǐng)?bào)》