Многие из нас полагаются на GPS (глобальную систему позиционирования), чтобы оценить время в пути, найти дорогу в новые места, избежать пробок на дорогах, следить за детьми и вообще не заблудиться. GPS была важной технологией на протяжении десятилетий, но у нее есть свои ограничения, особенно в городских районах, где сигналы могут быть зашумлены. Теперь инженеры разработали «SuperGPS» — гибридную систему позиционирования, которая сочетает в себе беспроводные и оптические соединения для точного определения местоположения с точностью до 10 сантиметров.
Каждый спутник GPS оснащен атомными часами, которые показывают чрезвычайно точное время, синхронизированное с часами на земле и на других спутниках. Приемное устройство связывается с несколькими спутниками одновременно и вычисляет свое положение в трехмерном пространстве на основе их координат потенциально с точностью до нескольких сантиметров.
Но это в идеальных условиях, и, конечно же, в реальном мире обычно все не так. Здания и другие препятствия между приемником и спутниками могут нарушать прием сигналов и расширять окно погрешности до нескольких метров. Поскольку данные о местоположении становятся все более важными для будущих технологий, таких как автономные транспортные средства, поиск способов повышения точности становится все более важным.
Впечатление художника от системы SuperGPS в действии. Система SuperGPS объединяет передатчики, приемники, центр обработки данных и атомные часы. Фото: Stephan Timmers
И вот здесь на помощь приходит SuperGPS. Исследователи из Делфтского технологического университета, Амстердамского свободного университета и Национального метрологического института Нидерландов разработали альтернативную систему, которая работает по тому же принципу, что и спутниковая GPS, но работает исключительно на земле, подключаясь к существующим телекоммуникационным сетям.
«Спутники» в данном случае — это беспроводные радиопередатчики, разбросанные по городской местности. Вместо того, чтобы у каждого были свои атомные часы для отсчета времени, все они связаны с одними атомными часами через волоконно-оптические кабели, которые синхронизируют их (идеальное время с точностью до одной миллиардной доли секунды означает более точное позиционирование). Затем это работает почти так же, как обычная GPS, когда приемные устройства триангулируют свое положение, связываясь с несколькими радиоузлами и вычисляя время, необходимое для передачи сигналов между каждым из них.
Прототип SuperGPS проходит испытания в кампусе Делфтского технологического университета. Фото: TU Delft
Команда говорит, что SuperGPS позволяет избежать проблемы отражения радиосигналов зданиями за счет использования более широкой «виртуальной» полосы пропускания, состоящей из нескольких меньших участков полосы пропускания. Это производит сигналы, подобные тем, которые используются мобильными телефонами, позволяя им игнорировать помехи от зданий и других объектов. Команда утверждает, что при тестировании прототипа гибридной оптико-беспроводной системы SuperGPS они смогли отслеживать устройства с точностью до нескольких десятков сантиметров в оживленной среде.
Такая система не заменит GPS, но может работать с ней для более точного отслеживания в городских районах или обеспечивать резервную систему в случае сбоя. По мнению исследователей, современные мачты мобильной связи и Wi-Fi могут быть адаптированы как минимум для работы SuperGPS. В настоящее время точное отслеживание в городских районах достигается с помощью Wi-Fi.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: Delft University of Technology.