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 GPS卫星定位系统冷知识:GPS周数翻转事件


   近日,美国民用GPS服务接口委员会在美国国土安全部网站发布了GPS周计数即将在2019年4月6日/7日迎来第二次翻转事件的预警。

GPS周数翻转的原因

2019年4月7日起,由于全球定位系统(GPS)的周数翻转(GPS Week Number Rollover)事件,有些GPS接收机可能失灵。这是由于GPS用来处理导航信号的周元素(Week Element)的方式引起的一个已知问题。GPS采用10比特定义域来对每个GPS时间信息中的周数进行编码。这意味着,最多可以处理1024个周。这个期间被称为一个Epoch。在每个Epoch的结束时,接收机将周数复位为第0周,然后再次开始计数。GPS第一次周数清零时间为1999年8月22日,第二次清零为2019年4月6日/7日。

在GPS导航电文中,系统时间由整周计数(WN)以及周内时(TOW)构成,当初也许是资源紧张或者考虑不够长远,在编排导航电文时只给整周计数安排了10bit(二进制数),所以GPS整周计数的表达上限为1023,当GPS的实际周数达到1024时,GPS整周计数将翻转为0并重新开始计数,这可能导致部分GNSS设备工作异常,输出时间错误等问题的发生。GPS周数从1980年1月6日协调时零点开始起算,每到GPS周内时计数从最大值跳回到零时(GPS周零时),GPS周数加1。当前时间GPS实际周数为2037(导航电文整周计数为1013),距离2048周(2019年4月7日GPS零时)还有不到两个多月时间,GPS整周计数将从1023翻转为0,上一次GPS整周计数翻转时间发生在1999年8月22日GPS零时。

GPS周

GPS周(GPS Week)是GPS系统内部所采用的时间系统。

时间零点定义的为:1980年1月5日夜晚与1980年1月6日凌晨之间0点。最大时间单位是周(一周:604800秒)。每1024周(即7168天)为一循环周期。第一个GPS周循环点为1999年8月22日0时0分0秒。即从这一刻起,周数重新从0开始算起。星期记数规则是:Sunday为0,Monday为1,以此类推,依次记作0~6,GPS周记数(GPS Week Number)为“GPS周 星期记数”。

表示方法:从1980年1月6日0时开始起算的周数加上周内时间的秒数(从每周周六/周日之夜开始起算的秒数,例如:1980年1月6日0时0分0秒的GPS周:第0周,第0秒。2004年5月1日10时5分15秒的GPS周:第1268周,第554715秒,GPS周记数(GPS Week Number)为1268 6,第554715秒。

现在,此处http://www.navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm下载的星历文件的GPS周时的计时开始时间都为第一个GPS周循环点1999年8月22日0时0分0秒。下个循环点在第一个循环点的20年后,即在2019年。就像千年虫问题困扰那样,第一个GPS循环点来临时,未升级的GPS接收机都将1999年8月22日错认为1980年1月6日。

实际上全球各大卫星导航系统都有类似的周数翻转情况。

对船舶的影响

如上所述,GPS周数翻转可能导致部分GNSS设备工作异常,输出时间错误等问题的发生。而至于船舶,GPS工作的异常有可能对一系列的整合GPS系统信息或需要GPS反馈的系统的正常工作产生影响。

由于类似的翻转并不是第一次出现,因此生产厂商已经就此问题做出了相应的升级以及应对措施。

Furuno表示其已经对其产品使用的相关各方重复下发了相关通知,但是其也提醒安装有其他系统的船舶应该提早采取行动联系设备/系统生产商,避免类似问题的发生。

与其他系统一起装运的船只应该采取行动,通过联系船上设备和系统的制造商来避免类似的问题。

此外,Furuno列出了一份易受影响的设备名单:

周数翻转日期: 2019/03/17

设备型号:

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

发生周数翻转后,GPS接收机上上错误的日期信息可能会出现定位不稳定,定位误差,以及GPS位置采集失败等等问题。

应对措施:

由于“GPS周数反转”问题的实质是接收时钟上日期信息出现错误,因此不需要日期信息的设备将不受该问题的影响。

如果,真的出现了定位性能不稳定的情况,你可以通过操作菜单冷启动设备,解决定位完整性问题。但是请注意,即使您重新获得GPS位置采集,仅靠冷启动也无法恢复日期信息。(需注意的是,如果冷启动仍不能修复,这个问题可能是由于设备故障造成的,而不是由于GPS周数翻转造成的。如果是这样的话,请咨询离您最近的销售代表。)另外,请注意,上述设备清单中包含一些型号,其已过维修服务提供期。

此外,还需注意,GPS一般会与下列设备联系:

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接收时钟的日期信息的其他设备和系统。

如果你觉得问题复杂,那么最好也最简单的方式就是和生产商提早联系了解情况,按照厂商的意见提早检测、并制定应对方案。

 

  云星科品牌GPS定位产品用于公司企业单位车辆管理,了解更多GPS产品详情致电0512-89168901 索取产品资料,请说明您的公司名称、车型、以及需要的功能。


 

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