近日,苹果在官网发布公告,建议用户为部分iPhone和iPad更新系统。公告称,自2019年11月3日世界标准时间0:00起,一些2012年及更早以前发布的iPhone和iPad机型需要更新iOS才能保持GPS定位的精确性和日期与时间的准确性。


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网友纷纷吐槽,说苹果又在想方设法让大家更新系统,好让受不了系统卡顿的用户购买新设备。但这次苹果确实没有“阴谋”,问题出在GPS服务上,苹果在公告中也说得很清楚,这是由GPS时间翻转问题导致的。


GPS时间翻转问题究竟是什么?


和大部分手机一样,iPhone使用GPS进行导航定位。GPS又称全球卫星定位系统,是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的标准时间。  


作为一个全球全球导航定位授时系统,GPS拥有自己的时间系统:GPS时,这个时间的起点对应UTC时间(Universal Time Coordinated,世界协调时间)的1980年1月6日0时,此时的GPS时为0。


GPS通过导航信号不断向用户广播当前时刻对应的GPS时,通过周计数(WN)周内秒(TOW)来共同表示当前时刻距离GPS初始时刻的时间差,结合UTC时跳秒(或者说闰秒,leap second),即可计算得到当前的UTC时刻。


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UTC时跳秒,因为地球自转速度变化导致UTC时与天文测量的世界时产生偏差,UTC时间会不定期增加或减少秒数。当前,这个偏差已达18秒。下图可以看到,GPS时表征的时间和本地时间一致,都为UTC时加18秒。


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(各种时间类型)


苹果官网所说的GPS时间翻转问题,指的是GPS周数翻转(GPS Week Number Rollover)。


GPS以特定格式广播日期和时间信息,包括周计数(WN)周内秒(TOW)。但是,WN字段的长度被限制为10位,它记录周数的范围则为0到1023,也就是说GPS信息最多可以记录1024周(19.7年),在1023周的末尾,WN又会从0开始,发生翻转(Rollover)。


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这就相当于球场上的记分牌,每个记分牌能记录的数据都是有限的,当我们把记分牌的分数翻到它所能记录的最大数值时,就不能在继续往下记分了,这个时候,要想继续使用记分牌,只能把它翻转过来,从0开始记分。


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苹果的公告中称这个问题从2019年4月6日开始产生影响,这天正是GPS时的新周期。从这天24点开始,WN将从1023变成0,开始新的计数周期。事实上,这是GPS第二次发生周数翻转,上一次发生的时间为1999年8月21日。1980年1月6日0时开始,GPS时从0开始累加,那次正好历经大约19.7年,发生第一次周数翻转。


GPS周数翻转会带来什么问题?


一些消费者的个人导航设备,如果没有预先做出处理,那么接收到GPS的授时信息后,设备输出的时间将会返回到大约19年前,也就是上一次周期翻转的时间。比如这次GPS周期翻转之后,知乎上就有用户表示,自己的GPS设备出现时间错误,日期变成1999年。



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(图源:知乎)


目前很多领域都依靠GPS完成授时,如果不对GPS周数翻转做出预先处理,也会产生一些意想不到的后果。


民航领域基本都是靠GPS进行授时的,所有自动化的设备都是以该时间来作为基准。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。2019年4月7日,GPS周数翻转以后,就有多家航空公司的波音787飞机出现时间显示故障,暂时不能起飞。微博博主、航旅达人@新心飞翔还放出一张图片,从图片上看,飞机显示的时间变成了1999年。


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一些政府公共部门也会受到GPS周数翻转的影响。根据纽约时报的报道,4月6日的这次周数翻转,就导致纽约城市耗资5亿美元建设的无线网络系统(NYCWiN)瘫痪,纽约部分交通信号灯系统停止工作,警察局不得不在受停电影响的关键位置安装装有车牌阅读器的巡逻车。


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气象研究领域比较依赖GPS,发生周数翻转也会对相关设备造成严重影响。根据ABC新闻的报道,4月6日的这次GPS周数翻转就导致澳大利亚气象局(BOM)的气象气球停飞。


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当然,从这次iPhone的公告来看,GPS周数翻转也会对手机设备造成影响。事实上,受到影响的手机不仅仅是iPhone,美国移动网络运营商也在最近发出公告,建议持有2006年至2016年之间生产的移动设备的用户,尽快更新到最新的软件版本,避免导航应用的准确性受到影响,在其列出的受影响设备中,包含了苹果、三星、HTC、摩托罗拉等众多手机品牌。


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怎样避免GPS周数翻转造成损失?


许多人称GPS周数翻转为千年虫(Y2K)不是没有道理的,它给的影响波及航空、气象、公共等多个领域,造成较为严重的经济损失。这一切的根源,都是卫星导航系统的周数翻转。


卫星导航系统的周数翻转是无法避免的,不过翻转周期的长短可以改变,根据GPS官方文件,未来的民航(CNAV)消息将采用13位的WN,用来避免相关问题。GPS现代化中所用的WN为13位,其周数翻转周期为 8192 周,约 157 年。考虑到一般设备的工作寿命,经过这么长的周期,基本已经可以换代了。周数翻转造成的影响会减少很多。


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值得一提的是,这方面我国的北斗导航系统(BDS)已经走在了前面,北斗也有自己的北斗时,其授时系统的周计数自2006年1月1日起计时,由于采用13位的WN,下一个北斗时的周数翻转要到2163年才会发生。在周数翻转这个问题上,北斗系统要比GPS强很多。


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当然,对于使用GPS的机构或个人来说,在现代化的GPS到来之前,为了避免周数翻转带来不良影响,还是需要及时关注相关消息。相关的设备最好再周数翻转之前做好相关准备工作,可以升级的及时升级,不能升级的视情况及时更换。不过,手机用户大概不用担心这个问题,毕竟2016年以前生产的手机,现在用户应该已经很少了。


有意思的是,我们看到,苹果发布相关公告时,认为它想要强迫用户购买新产品的网友不在少数,在@新心飞翔关于波音787不能正常起飞的微博下面,很多网友也把锅全扔给了波音公司。有时候,我们还是应该多了解一下事实背后的真相,不要总是带着成见去判断所有的问题。


(苹果只用新机的,点个在看吧)

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