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 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)冷知識(shí):GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)事件


   近日,美國民用GPS服務(wù)接口委員會(huì)在美國國土安全部網(wǎng)站發(fā)布了GPS周計(jì)數(shù)即將在2019年4月6日/7日迎來第二次翻轉(zhuǎn)事件的預(yù)警。

GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)的原因

2019年4月7日起,由于全球定位系統(tǒng)(GPS)的周數(shù)翻轉(zhuǎn)(GPS Week Number Rollover)事件,有些GPS接收機(jī)可能失靈。這是由于GPS用來處理導(dǎo)航信號(hào)的周元素(Week Element)的方式引起的一個(gè)已知問題。GPS采用10比特定義域來對(duì)每個(gè)GPS時(shí)間信息中的周數(shù)進(jìn)行編碼。這意味著,最多可以處理1024個(gè)周。這個(gè)期間被稱為一個(gè)Epoch。在每個(gè)Epoch的結(jié)束時(shí),接收機(jī)將周數(shù)復(fù)位為第0周,然后再次開始計(jì)數(shù)。GPS第一次周數(shù)清零時(shí)間為1999年8月22日,第二次清零為2019年4月6日/7日。

在GPS導(dǎo)航電文中,系統(tǒng)時(shí)間由整周計(jì)數(shù)(WN)以及周內(nèi)時(shí)(TOW)構(gòu)成,當(dāng)初也許是資源緊張或者考慮不夠長遠(yuǎn),在編排導(dǎo)航電文時(shí)只給整周計(jì)數(shù)安排了10bit(二進(jìn)制數(shù)),所以GPS整周計(jì)數(shù)的表達(dá)上限為1023,當(dāng)GPS的實(shí)際周數(shù)達(dá)到1024時(shí),GPS整周計(jì)數(shù)將翻轉(zhuǎn)為0并重新開始計(jì)數(shù),這可能導(dǎo)致部分GNSS設(shè)備工作異常,輸出時(shí)間錯(cuò)誤等問題的發(fā)生。GPS周數(shù)從1980年1月6日協(xié)調(diào)時(shí)零點(diǎn)開始起算,每到GPS周內(nèi)時(shí)計(jì)數(shù)從最大值跳回到零時(shí)(GPS周零時(shí)),GPS周數(shù)加1。當(dāng)前時(shí)間GPS實(shí)際周數(shù)為2037(導(dǎo)航電文整周計(jì)數(shù)為1013),距離2048周(2019年4月7日GPS零時(shí))還有不到兩個(gè)多月時(shí)間,GPS整周計(jì)數(shù)將從1023翻轉(zhuǎn)為0,上一次GPS整周計(jì)數(shù)翻轉(zhuǎn)時(shí)間發(fā)生在1999年8月22日GPS零時(shí)。

GPS周

GPS周(GPS Week)是GPS系統(tǒng)內(nèi)部所采用的時(shí)間系統(tǒng)。

時(shí)間零點(diǎn)定義的為:1980年1月5日夜晚與1980年1月6日凌晨之間0點(diǎn)。最大時(shí)間單位是周(一周:604800秒)。每1024周(即7168天)為一循環(huán)周期。第一個(gè)GPS周循環(huán)點(diǎn)為1999年8月22日0時(shí)0分0秒。即從這一刻起,周數(shù)重新從0開始算起。星期記數(shù)規(guī)則是:Sunday為0,Monday為1,以此類推,依次記作0~6,GPS周記數(shù)(GPS Week Number)為“GPS周 星期記數(shù)”。

表示方法:從1980年1月6日0時(shí)開始起算的周數(shù)加上周內(nèi)時(shí)間的秒數(shù)(從每周周六/周日之夜開始起算的秒數(shù),例如:1980年1月6日0時(shí)0分0秒的GPS周:第0周,第0秒。2004年5月1日10時(shí)5分15秒的GPS周:第1268周,第554715秒,GPS周記數(shù)(GPS Week Number)為1268 6,第554715秒。

現(xiàn)在,此處http://www.navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm下載的星歷文件的GPS周時(shí)的計(jì)時(shí)開始時(shí)間都為第一個(gè)GPS周循環(huán)點(diǎn)1999年8月22日0時(shí)0分0秒。下個(gè)循環(huán)點(diǎn)在第一個(gè)循環(huán)點(diǎn)的20年后,即在2019年。就像千年蟲問題困擾那樣,第一個(gè)GPS循環(huán)點(diǎn)來臨時(shí),未升級(jí)的GPS接收機(jī)都將1999年8月22日錯(cuò)認(rèn)為1980年1月6日。

實(shí)際上全球各大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都有類似的周數(shù)翻轉(zhuǎn)情況。

對(duì)船舶的影響

如上所述,GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致部分GNSS設(shè)備工作異常,輸出時(shí)間錯(cuò)誤等問題的發(fā)生。而至于船舶,GPS工作的異常有可能對(duì)一系列的整合GPS系統(tǒng)信息或需要GPS反饋的系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響。

由于類似的翻轉(zhuǎn)并不是第一次出現(xiàn),因此生產(chǎn)廠商已經(jīng)就此問題做出了相應(yīng)的升級(jí)以及應(yīng)對(duì)措施。

Furuno表示其已經(jīng)對(duì)其產(chǎn)品使用的相關(guān)各方重復(fù)下發(fā)了相關(guān)通知,但是其也提醒安裝有其他系統(tǒng)的船舶應(yīng)該提早采取行動(dòng)聯(lián)系設(shè)備/系統(tǒng)生產(chǎn)商,避免類似問題的發(fā)生。

與其他系統(tǒng)一起裝運(yùn)的船只應(yīng)該采取行動(dòng),通過聯(lián)系船上設(shè)備和系統(tǒng)的制造商來避免類似的問題。

此外,F(xiàn)uruno列出了一份易受影響的設(shè)備名單:

周數(shù)翻轉(zhuǎn)日期: 2019/03/17

設(shè)備型號(hào):

Current Indicator CI-1000

Inmarsat-C mobile earth station FELCOM12 / FELCOM12-ALC

Radar plotter sounder RS-1000A / RS-1000C / FRS-1000A / FRS-1000B / FRS-1000C

Colour video plotter GD-280 / GD-380 / GD-680

GPS plotter GP-1600 / GP-1810 / GP-1610C / GP-1650 / GP-1850 / GP-280 / GP-3210 / GP-380 / GP-680

GPS/plotter/sounder GP-1600F / GP-1650F / GP-1810F / GP-1850F

DGPS plotter GP-1650D / GP-1850D

DGPS plotter/sounder GP-1650DF / GP-1850DF

GPS receiver GP-310B (serial no. 3452-4870 to 5686)

GPS navigator GP-31

DGPS navigator GP-36

發(fā)生周數(shù)翻轉(zhuǎn)后,GPS接收機(jī)上上錯(cuò)誤的日期信息可能會(huì)出現(xiàn)定位不穩(wěn)定,定位誤差,以及GPS位置采集失敗等等問題。

應(yīng)對(duì)措施:

由于“GPS周數(shù)反轉(zhuǎn)”問題的實(shí)質(zhì)是接收時(shí)鐘上日期信息出現(xiàn)錯(cuò)誤,因此不需要日期信息的設(shè)備將不受該問題的影響。

如果,真的出現(xiàn)了定位性能不穩(wěn)定的情況,你可以通過操作菜單冷啟動(dòng)設(shè)備,解決定位完整性問題。但是請(qǐng)注意,即使您重新獲得GPS位置采集,僅靠冷啟動(dòng)也無法恢復(fù)日期信息。(需注意的是,如果冷啟動(dòng)仍不能修復(fù),這個(gè)問題可能是由于設(shè)備故障造成的,而不是由于GPS周數(shù)翻轉(zhuǎn)造成的。如果是這樣的話,請(qǐng)咨詢離您最近的銷售代表。)另外,請(qǐng)注意,上述設(shè)備清單中包含一些型號(hào),其已過維修服務(wù)提供期。

此外,還需注意,GPS一般會(huì)與下列設(shè)備聯(lián)系:

GMDSS radio installation,包括 internal GNSS receiver of Inmarsat-C terminal

Ship Security Alert System (SSAS)

Vessel Monitoring System (VMS)

Equipment that displays route information such as ECDIS

Voyage Data Recorder (VDR)

Automatic Identification System (AIS)

以及其他利用GPS接收時(shí)鐘的日期信息的其他設(shè)備和系統(tǒng)。

如果你覺得問題復(fù)雜,那么最好也最簡(jiǎn)單的方式就是和生產(chǎn)商提早聯(lián)系了解情況,按照廠商的意見提早檢測(cè)、并制定應(yīng)對(duì)方案。

 

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