Ещё одна попытка создать навигационную систему без использования спутников
Более четырёх десятилетий ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, BeiDou и Galileo) служат невидимой инфраструктурой современного мира, лежат в основе навигации, телекоммуникаций, финансов и обороны — технологий, которые все вместе определяют жизнь XXI века. Однако по мере углубления зависимости растёт и уязвимость. Глушение и подмена сигналов стали обычным явлением, от зон конфликтов до коммерческих портов. В самых современных шахтах мира, в плотных городских коридорах и под крышами, где сигналы ослабевают, одной лишь ГНСС недостаточно для обеспечения точности, требуемой современными приложениями.
Этот пробел — неспособность космических сигналов проникать, сохраняться или противостоять помехам — давно создал острую потребность в дополнительных системах позиционирования, навигации и синхронизации (C-PNT). В этой области небольшая австралийская компания незаметно разработала наземный аналог, работающий без спутников, атомных часов или внешних корректировок. Компания называется Locata.
Система TimeLoc стала ядром наземной архитектуры. Вместо использования атомных часов, установленных на спутниках, система синхронизирует сеть небольших наземных передатчиков — называемых LocataLites — посредством саморегулирующейся обратной связи. Каждый блок непрерывно измеряет и корректирует своё время относительно соседних передатчиков. Благодаря этому замкнутому циклу вся сеть сходится к общему временному масштабу, достигая синхронизации с точностью до долей наносекунды без использования внешнего источника синхронизации.
В результате получается наземная сеть, способная передавать сигналы определения местоположения, аналогичные ГНСС, с точностью до атомных часов. Роверы вычисляют местоположение и время, используя эти сигналы так же, как и приёмник ГНСС, но без зависимости от спутников.
Независимые испытания подтвердили, что правильно настроенная сеть может поддерживать стабильность синхронизации с точностью лучше одной миллиардной доли секунды в течение месяцев или даже лет.
В 2011 году ВВС США выбрали компанию для создания альтернативной системы эталонных данных для испытаний самолётов на полигоне Уайт-Сэндс (WSMS) в Нью-Мексико. Вопрос заключался в том, сможет ли сеть масштабироваться на тысячи квадратных километров и обеспечивать точность на уровне сантиметров на скоростях полета самолёта, даже если сигнал спутниковой навигационной системы будет преднамеренно заглушен.
Это оказалось возможным. Установка в Уайт-Сэндс охватывает около 2500 квадратных миль воздушного пространства. Независимые отчёты ВВС США подтвердили точность позиционирования самолётов до сантиметра и наносекундную точность синхронизации, даже в условиях полного отсутствия сигнала ГНСС.
Год спустя один из карьеров по добыче золота поставил перед компанией совершенно другую задачу. На золотодобывающем руднике Боддингтон, которым управляла компания Newmont в Западной Австралии при поддержке Leica Geosystems (позже приобретенной Hexagon), требовалось непрерывное позиционирование с точностью до сантиметра для автоматизации работы всего парка оборудования глубоко в карьере. Сигналы спутников часто пропадали вдоль стен карьера и у основания рудника, что приводило к дорогостоящим простоям техники.
Инженеры Leica интегрировали LocataNet со своей системой позиционирования Jigsaw, эффективно объединив системы в гибридную среду PNT. Сеть бесперебойно поддерживала данные о местоположении с точностью до сантиметра для самосвалов и экскаваторов шахты. Шахта сообщила, что система окупилась в течение 90 дней за счёт сокращения перебоев.
Точное позиционирование в замкнутых или загроможденных помещениях требует большего, чем просто синхронизация. Многолучевое распространение — сигналы, отражающиеся от стен или оборудования, — может перегружать приёмники, приводя к неверным измерениям времени и положения.
Для решения этой проблемы в компании изобрели корреляторное формирование луча — метод обработки сигналов, который создает фазированную антенную решётку с временным мультиплексированием, используя один радиоприёмник. Традиционные фазированные антенные решетки требуют сложного и дорогостоящего оборудования с множеством приемников радиосигнала. Новый подход выполняет аналогичную операцию программно, формируя миллионы узких лучей, которые отслеживают прямые пути сигнала и подавляют отражения.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал
По материалам открытых источников