Ludzie są obecnie mocno uzależnieni od systemów nawigacji satelitarnej, takich jak amerykański GPS czy europejski Galileo. Ale rozwiązania te mają istotne ograniczenia. Nadawane przez nie sygnały mają przy powierzchni Ziemi niewielką moc, a gdy odbijają się od budynków, znacząco zwiększają błąd pomiaru. W efekcie wskazania odbiornika GPS mogą w środowisku miejskim okazać się niewiarygodne. To z kolei utrudnia wykorzystanie tego systemu w takich zastosowaniach, jak choćby pojazdy autonomiczne. Jeszcze innym problemem jest to, że w przypadku tej technologii nie mamy do dyspozycji żadnego rozwiązania rezerwowego.

Odpowiedzią na te wyzwania jest projekt SuperGPS, realizowany przez Uniwersytet Techniczny w Delft, Wolny Uniwersytet w Amsterdamie oraz holenderski Narodowy Instytut Metrologii (VSL). Głównym celem przedsięwzięcia jest opracowanie alternatywnego wobec GPS systemu pozycjonowania, który zamiast na satelitach bazowałby na infrastrukturze telefonii komórkowej i jednocześnie byłby dokładniejszy i bardziej niezawodny.

"Zdaliśmy sobie sprawę, że dzięki kilku przełomowym innowacjom sieć telefoniczną można przekształcić w bardzo dokładny alternatywny system pozycjonowania, który jest niezależny od GPS" – mówi Jeroen Koelemeij z Wolnego Uniwersytetu w Amsterdamie. - "Udało nam się z powodzeniem opracować system, który może zapewnić łączność na podobnej zasadzie jak istniejące sieci komórkowe czy wi-fi, a także zaoferować dokładne dane o pozycji i czasie, tak jak GPS".

Jednym z wyzwań w projekcie było zagwarantowanie użytkownikom systemu dokładnych danych o czasie, tak aby można było dostarczać im idealnie zsynchronizowane wiadomości niezbędne do wyznaczania pozycji. W przypadku GPS odpowiadają za to zegary atomowe zainstalowane na pokładach satelitów. Z kolei na potrzeby projektu SuperGPS tego typu zegar podłączono do sieci telekomunikacyjnej przy pomocy istniejącej infrastruktury światłowodowej.

"Dzięki tym technikom możemy przekształcić sieć telekomunikacyjną w ogólnokrajowy rozproszony zegar atomowy oferujący wiele nowych zastosowań, takich jak bardzo dokładne pozycjonowanie. Dzięki hybrydowemu systemowi optyczno-bezprzewodowemu, który właśnie zademonstrowaliśmy, w zasadzie każdy może mieć bezprzewodowy dostęp do precyzyjnego krajowego czasu udostępnianego przez VSL. W zasadzie tworzy to niezwykle dokładny zegar radiowy, który zapewnia dokładność do jednej miliardowej sekundy" – wyjaśnia Erik Dierikx z VSL.

Dodatkową zaletą SuperGPS jest to, że wykorzystuje on szerszy niż GPS zakres częstotliwości radiowych. „Budynki odbijają sygnały radiowe, co może wprowadzać w błąd urządzenia nawigacyjne. Szeroki zakres częstotliwości wykorzystywany w naszym systemie pomaga uporządkować te mylące odbicia sygnału i umożliwia większą dokładność pozycjonowania – wyjaśnia Gerard Janssen z Uniwersytetu Technicznego w Delft

Ale z drugiej strony dostępność częstotliwości radiowych jest mocno ograniczona, a ich użytkowanie jest kosztowne. "Obchodzimy ten problem, używając szeregu powiązanych sygnałów radiowych emitowanych w wąskich zakresach, które są rozłożone na dużej wirtualnej szerokości pasma. Ma to tę zaletę, że w rzeczywistości wykorzystywana jest tylko niewielka część zakresu częstotliwości, a sygnały mogą być bardzo podobne do tych emitowanych przez telefony komórkowe" – podsumowuje Gerard Janssen.

Wyniki badań zostały opublikowane w "Nature". (PAP)

Nauka w Polsce, Jerzy Królikowski

zan/