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         GPS衛星定位系統冷知識:GPS周數翻轉事件


           近日,美國民用GPS服務接口委員會在美國國土安全部網站發布了GPS周計數即將在2019年4月6日/7日迎來第二次翻轉事件的預警。

        GPS周數翻轉的原因

        2019年4月7日起,由于全球定位系統(GPS)的周數翻轉(GPS Week Number Rollover)事件,有些GPS接收機可能失靈。這是由于GPS用來處理導航信號的周元素(Week Element)的方式引起的一個已知問題。GPS采用10比特定義域來對每個GPS時間信息中的周數進行編碼。這意味著,最多可以處理1024個周。這個期間被稱為一個Epoch。在每個Epoch的結束時,接收機將周數復位為第0周,然后再次開始計數。GPS第一次周數清零時間為1999年8月22日,第二次清零為2019年4月6日/7日。

        在GPS導航電文中,系統時間由整周計數(WN)以及周內時(TOW)構成,當初也許是資源緊張或者考慮不夠長遠,在編排導航電文時只給整周計數安排了10bit(二進制數),所以GPS整周計數的表達上限為1023,當GPS的實際周數達到1024時,GPS整周計數將翻轉為0并重新開始計數,這可能導致部分GNSS設備工作異常,輸出時間錯誤等問題的發生。GPS周數從1980年1月6日協調時零點開始起算,每到GPS周內時計數從最大值跳回到零時(GPS周零時),GPS周數加1。當前時間GPS實際周數為2037(導航電文整周計數為1013),距離2048周(2019年4月7日GPS零時)還有不到兩個多月時間,GPS整周計數將從1023翻轉為0,上一次GPS整周計數翻轉時間發生在1999年8月22日GPS零時。

        GPS周

        GPS周(GPS Week)是GPS系統內部所采用的時間系統。

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

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

        現在,此處http://www.navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm下載的星歷文件的GPS周時的計時開始時間都為第一個GPS周循環點1999年8月22日0時0分0秒。下個循環點在第一個循環點的20年后,即在2019年。就像千年蟲問題困擾那樣,第一個GPS循環點來臨時,未升級的GPS接收機都將1999年8月22日錯認為1980年1月6日。

        實際上全球各大衛星導航系統都有類似的周數翻轉情況。

        對船舶的影響

        如上所述,GPS周數翻轉可能導致部分GNSS設備工作異常,輸出時間錯誤等問題的發生。而至于船舶,GPS工作的異常有可能對一系列的整合GPS系統信息或需要GPS反饋的系統的正常工作產生影響。

        由于類似的翻轉并不是第一次出現,因此生產廠商已經就此問題做出了相應的升級以及應對措施。

        Furuno表示其已經對其產品使用的相關各方重復下發了相關通知,但是其也提醒安裝有其他系統的船舶應該提早采取行動聯系設備/系統生產商,避免類似問題的發生。

        與其他系統一起裝運的船只應該采取行動,通過聯系船上設備和系統的制造商來避免類似的問題。

        此外,Furuno列出了一份易受影響的設備名單:

        周數翻轉日期: 2019/03/17

        設備型號:

        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

        發生周數翻轉后,GPS接收機上上錯誤的日期信息可能會出現定位不穩定,定位誤差,以及GPS位置采集失敗等等問題。

        應對措施:

        由于“GPS周數反轉”問題的實質是接收時鐘上日期信息出現錯誤,因此不需要日期信息的設備將不受該問題的影響。

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

        此外,還需注意,GPS一般會與下列設備聯系:

        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接收時鐘的日期信息的其他設備和系統。

        如果你覺得問題復雜,那么最好也最簡單的方式就是和生產商提早聯系了解情況,按照廠商的意見提早檢測、并制定應對方案。

         

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