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[GPS]GPS即将“归零”,会招来新的“千年虫”吗

  北斗系统也有bug?

  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。

  “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。

  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?

  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。

  可能会带来什么影响?

  “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。

  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……

  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。

  如何消除隐患?

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  “GPS周数翻转”是啥?

  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。

  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。

  GPS追踪可以消除让卡车司机填写驾驶日志的需求。许多保险公司现在提供有跟踪系统保护的车辆折扣。实现公司GPS车辆跟踪的6大好处: 1. 实时信息随着GPS跟踪器安装在您的车辆,您将有实时数据的位置,每辆车在您的公司允许您发送理想的路线,为您的车辆,以避免延误,由于建设,交通堵塞或事故。如果一个车辆偏离路线或有计划停车,你会得到信息。 2. 提高安全性在旅途中,安全是很重要的。当公司定期监控车辆时,司机在驾驶时会更加负责和小心。在任何紧急情况下,如车辆故障或任何医疗紧急情况,如果我们确切地知道车辆所在的位置,可以进行快速及时的行动。

  3. 降低燃料成本燃油成本是车辆追踪的最大费用之一,但GPS追踪设备可以帮助降低这些成本并节省宝贵的资金。该公司可能无法控制汽油价格,但当他们对公司车辆进行GPS跟踪时,他们可以通过使用监控软件监控每辆车消耗的燃料量,他们可以研究燃料消耗并最终找到降低汽油账单的方法。

  为了使GPS设备正常工作,它必须首先建立与所需数量的卫星的连接。这个过程可以从几秒钟到几分钟,取决于接收器的强度。例如,汽车的GPS单元通常会比手表或智能手机中的接收器更快地建立GPS连接。大多数GPS设备也使用某种类型的位置缓存来加速GPS检测。

  GPS跟踪是最优秀的客户服务。你立刻知道你的司机哪一个最接近需要帮助的顾客。想象一下,当你能准确地告诉客户什么时候交货时,你的客户会有多么激动!对于雇主来说,使用GPS追踪可以让你知道你的员工开车的速度,他们的休息时间(车辆没有移动)。GPS跟踪还允许您根据您的雇员驾驶的速度和自动里程特征提醒您计划,定期预防性维护来监测燃料使用量。

  4. 盗窃后恢复车辆的能力如果公司车辆被盗,GPS车辆跟踪系统将为您提供SMS警报和映射数据。你可以将这些提交给适当的当局,以收回被盗车辆和保护公司资产。 5. 更好的客户服务当你的客户停电时,你需要迅速做出反应。在停运期间发送壁橱车将增强客户服务。通过车辆跟踪,您还可以迅速提醒您的客户估计服务恢复时间,提高群众对产品的信任。

  GPS是什么?它是全球定位系统的缩写,是导航和精确定位工具。每个GPS卫星广播一个包含卫星当前位置、轨道和精确时间的消息。GPS接收机结合多个卫星的广播,使用一个称为三角测量的过程来计算其精确位置。三角剖分想象一下,你站在地球上的某个地方,上面有三颗卫星。如果你知道你离卫星A有多远,你就知道你必须位于红色圆圈的某个地方。如果你对卫星B和C做同样的操作,你可以通过观察三个圆相交的位置来确定你的位置。这只是你的GPS接收器所做的,虽然它使用重叠的球体,而不是圆。

  说了这么多年的GPS技术,到底是个什么原理?除了定位还有啥作用

  通过记忆其先前的位置,GPS设备可以快速确定下一次扫描GPS信号时哪些卫星将可用。由于GPS接收器需要相对畅通的空间路径,所以GPS技术不适合室内使用。因此,智能手机、平板电脑和其他移动设备经常使用其他手段来确定位置,例如附近的电池塔和公共Wi-Fi信号。这种技术,有时被称为本地定位系统(LPS),经常用于在不一致的卫星连接时补充GPS。

  GPS跟踪信息有什么帮助?对父母来说,你的孩子从家里长途开车回家需要一些担心。你知道他们在哪里,什么时候可以回家。对于青少年的父母,你永远不必怀疑你的儿子或女儿是他们所说的。没有深夜的电话问:“你在哪里?”对于婴儿潮一代来说,鞋子是另一只脚,这有助于你的父母从假期开车回家,或者只是开车兜风。你知道他们在哪里,这让他们更加独立。

  GPS是美国的卫星导航系统,由24颗卫星组成,其中21颗为工作卫星,3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上,即每个轨道面上有4颗卫星。如下图所示,卫星轨道面相对于地球赤道面的轨道倾角为55°,各轨道平面的升交点的赤经相差60°,一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30°。这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星。

  GPS卫星定位系统卫星轨道高度约为20200km,定位精度可以达到10m。

  GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号,供GPS接收机接收。由于传输的距离因素,接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟,通常称之为时延,因此,也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码,一旦两个码实现时间同步,接收机便能测定时延;将时延乘上光速,便能得到距离。GPS卫星发送的无线电信号采用扩频的调制方式。

  GPS卫星定位基本原理:测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰,这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距。为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差,伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。通过接收机时钟得到时间差,从而知道四个信号从卫星到接收机的不准确距离(含同一个误差值,由接收机时钟误差造成),用这四个不准确距离和四个卫星的准确位置构建四个方程,解方程组就得到接收机位置