原文作者：Declan Butler

4月6日午夜，GPS系统将迎来第二次周溢出，一些设备的数据或将出错。

世界各地的研究人员正在加班加点，赶在美国全球卫星导航定位系统（GPS）出现bug前做好应对准备。所谓bug，指GPS周计数翻转，它将导致GPS接收机重置时间，并溢出损坏数据。因此，部分数据记录仪，包括上千科学仪器，将从4月6日起开始失灵。

无数野外设备都要用到GPS接收机，比如用于跟踪测量构造板块的缓慢移动。

图片来源：Andrei Stanescu/Alamy

从地震学到粒子物理学，各个领域的科学家正在检查他们的设备是否会受到影响——有些设备可以移动，有些则固定在基岩或极地冰中。对于那些会受到影响的设备，科学家正设法赶在问题出现前根据供应商的指导完成更新。

“GPS周计数翻转是个很严重的问题，”波茨坦GFZ德国地球科学研究中心的地震学家Christian Haberland说，“我们需要额外投入大量精力和工作。有的野外设备不得不重新更换。”

GPS周计数翻转会影响到很多科学仪器，比如依赖GPS接收机为数据打时间戳的地震仪，以及依赖GPS授时保持同步的射电望远镜等阵列设备。少了GPS卫星的超精度原子钟发出的时间信号，它们难以正常运行。

导航系统等消费电子设备不会受到此次事件的影响，因为GPS周计数翻转不会影响定位精度，而且最新设备在设计时也已规避了这一问题。使用者只需要前往设备供应商的网站，就能检查和更新自己的机型。

之所以会出现GPS周计数翻转，是因为GPS卫星广播时间戳的方式。这些卫星信号中包含一个表示GPS时间的二进制 10位“周计数”，起始时刻为1980年1月6日。GPS接收机利用周计数精确计算出日期和时间。

但是，10位的周计数只能以1024周（19.7年）为一个循环周期，因此4月6日晚12点将迎来第二次重新计数。届时，卫星广播的周计数将翻转归0（第一次周计数翻转发生在1999年，当时全球使用的GPS接收机远少于今天），一些受影响的设备在读到0的时候，可能会误认为时间回到了过去，从而生成错误的时间戳数据。

本次周计数翻转影响的主要是一些较老的GPS接收机，或是尚未更新至最新“固件”（嵌入在设备永久存储器中的软件）的GPS接收机，更新固件可以使设备不受影响。容易受到影响的GPS接收机不一定会在12点准时瘫痪；有的可能会在周计数翻转后几周、几个月、甚至几年才出现问题，具体取决于配置情况。

接收机供应商如Nanometrics、Topcon和Güralp已经专辟网页供用户检测自己的设备是否会受到影响，并提供固件更新下载或让用户购置新的机型。

依赖俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）卫星导航系统、欧盟伽利略卫星导航系统或中国北斗导航系统的设备不会受到此次周计数翻转的影响。

具体而言

地球科学是受影响最严重的领域，因为它高度依赖GPS授时。Haberland表示，美国、加拿大和德国的大型仪器系统运营商已经对会受到影响的接收机进行了为期数月的检测和更新。

科罗拉多州博尔德的UNAVCO是一个由230所院校和研究机构组成的国际联盟，全球各地，包括极地地区，都有它的GPS设备阵列——持续测量地球的形状和地壳运动。这类基础设备对地球和大气科学的诸多领域都具有重要影响。

UNAVCO的项目经理Frederick Blume表示，虽然进行了更新，“但一些设备还是会出现损坏数据——可能丢失或只能通过繁冗的数据校正才能恢复。”

加拿大的大地测量部门（Canadian Geodetic Survey）虽然已经更新了接收机的固件，但加拿大自然资源部高级大地测量工程师Brian Donahue说：“我们仍会在GPS周计数翻转期间紧张待命。”

波茨坦GFZ的研究人员已经启动了对934个地震记录仪的检测工作。迄今为止，阿尔卑斯山脉周围的22个记录仪中，已经有13个被修复好。他们需要在 2022年底前，完成对数百个预计会受到影响的接收机的置换或升级。Haberland表示，这是一项费时费力的工作，因为许多记录仪无法在线更新，需要运回实验室才能调整。

Haberland还说，GFZ等机构正在努力提高广大研究人员对GPS周计数翻转的意识。

此外，日本的T2K（Tokai to Kamioka ，即从东海到神冈的中微子实验）也依赖GPS接收机来同步粒子束和远距离探测器，它能够发射穿透几百公里的中微子。加州大学戴维斯分校的工程师Hans Berns协助设计了T2K的同步过程，他表示，T2K已经准备好迎接4月6日的周计数翻转了。

Berns回忆道，1999年的GPS周计数翻转让很多高端设备都失灵了，多亏了一些便宜的备用机才挽回了局面。他说，当时那些昂贵的设备“开始吐出各种奇怪的日期”。

原文以GPS glitch threatens thousands of scientific instruments为标题

发布在2019年4月3日《自然》新闻上

Nature|doi:10.1038/d41586-019-01048-2

英文原文：https://www.nature.com/articles/d41586-019-01048-2

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