全球定位系統(tǒng)即將“歸零”，能招來新的“千年蟲”嗎？

　　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，有專家預測，舊 GPS 系統(tǒng)將在 4 月 6 日發(fā)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(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(shù)翻轉(zhuǎn)”是啥?

　　根據(jù)美國民用 GPS 服務接口委員會(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)的接口設計來解釋這個現(xiàn)象。”長期從事北斗導航系統(tǒng)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(tǒng)作為一個全球性的導航定位授時系統(tǒng)，在設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 UTC 時間(世界協(xié)調(diào)時間)的 1980 年 1 月 6 日 0 時。為了達到授時的目的，則 GPS 系統(tǒng)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(tǒng)設計人員通過周計數(shù)(WN)和周內(nèi)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(jié)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(huán)。當 WN 從 1023 變?yōu)?0 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習超過 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 接收機在沒有做 GPS 周數(shù)翻轉(zhuǎn)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(tǒng)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(wèi)星導航系統(tǒng)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(shù)翻轉(zhuǎn)可能引發(fā)空管雷達信號數(shù)據(jù)混亂，會引起數(shù)據(jù)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(diào)度，帶來不必要的損失。

　　此外，采用未做 GPS 周數(shù)翻轉(zhuǎn)處理的接收機來授時也會對一些自動化運作的基礎設施領域產(chǎn)生影響，比如電力、通信和金融領域所用的 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。在金融領域，還可能造成無法完成結(jié)算，給用戶帶來經(jīng)濟損失。

　　如何消除隱患?

　　何智力表示，為了應對 GPS 周數(shù)翻轉(zhuǎn)問題，一方面，各個行業(yè)應該提前聯(lián)系 GPS 接收機供應方，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(shù)翻轉(zhuǎn)影響?對于普通用戶，可聯(lián)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(xiàn)，及時更新固件。對于專業(yè)用戶，可以使用 GPS 信號模擬器來設置信號發(fā)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(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)星導航系統(tǒng)之一，我國自主研發(fā)的北斗導航系統(tǒng)已成為當代中國一張耀眼的“國家名片”。那么北斗導航系統(tǒng)有沒有類似的 bug 呢?

　　徐穎說，我國的北斗導航系統(tǒng)也存在 BD 周數(shù)翻轉(zhuǎn)問題，但是我國的北斗系統(tǒng)設計人員結(jié)合 GPS 周數(shù)翻轉(zhuǎn)周期短和一般 GNSS 接收機使用壽命情況，在設計時，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，對應衛(wèi)星導航系統(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，但是在用戶接收機中可以設計合理的算法而規(guī)避這個問題，成為沒有 bug 的萬年歷。
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