Ученые разработали способ увеличения точности работы системы GPS до нескольких сантиметров - «Наука и технологии»

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали новый, более высокоэффективный в вычислительном отношении метод обработки данных, передаваемых сигналами спутниковой навигационной системы GPS. Эти методы, в зависимости от ряда условий, позволяют увеличить точность определения текущего местоположения от одного метра до нескольких сантиметров. Данная программная оптимизация может быть успешно использована в системах управления автономных транспортных средств, для улучшения работы навигационных систем гражданских и военных морских судов и летательных аппаратов. Кроме этого, все это позволит мобильным электронным устройства определять местоположение своих владельцев с сантиметровой точностью, не увеличивая, при этом, количества требующихся вычислительных ресурсов.

Группа исследователей, возглавляемая профессором Джеем Фарреллом (Jay Farrell), произвела глубокую переформулировку систем уравнений и формул, использующихся для вычислений текущих координат по сигналам спутников системы GPS. Самым интересным в этом является кардинальное увеличение точности определения местоположения, но также примечательно то, что для определения местоположения новым способом требуется меньшее количество вычислительных ресурсов, чем для вычислений старым традиционным способом.

Система GPS, концепция которой была разработана в 1960-х годах, является спутниковой навигационной системой, сигналы которой позволяют устройству-приемнику вычислить свое местоположение, высоту над уровнем моря и скорость движения. Все эти вычисления производятся при помощи измерений времени, требующегося радиосигналу для преодоления расстояния между спутником и приемником. Для работы системы требуется наличие в зоне видимости приемника минимум трех спутников, а из-за некоторых погрешностей точность измерения местоположения может быть равна 10 метрам.

Дифференциальная GPS (Differential GPS, DGPS) которая дополняет навигационную систему сетью неподвижных наземных базовых станций, улучшает точность определения местоположения до одного метра. Но такой точности не совсем достаточно чтобы обеспечить нормальную работу систем управления автомобилями-роботами и беспилотными летательными аппаратами.

Новый метод, позволяющий получить сантиметровую точность, является комбинацией работы стандартной GPS и встроенной инерциальной навигационной системы (internal navigation system, INS). Система GPS обеспечивает в данном случае точные данные о точках привязки, а инерциальная система служит для обеспечения непрерывности процесса определения местоположения. Для получения сантиметровой точности работы системы GPS ученые реализовали метод "преобразования фазы сигнала несущей GPS в цифровое целое значение" (GPS carrier phase integer ambiguity resolution). Такое преобразование позволило произвести решение системы уравнений, объединяющей данные от системы GPS и данные от системы INS весьма простым методом, который позволяет получить точное значение координат и для решения которого требуется на несколько порядков меньшее количество вычислительных операций.

"Наш метод достиг очень высокого уровня точности, требуя вычислительных ресурсов, которыми обладают не самые мощные микропроцессоры и микроконтроллеры. Это позволит создавать узкоспециализированные навигационные системы, предназначенные для каждой конкретной области, для автомобилей-роботов, для сельскохозяйственных роботов и для другой автоматической техники гражданского и военного назначения" - рассказывает профессор Фаррелл, - "Более того, высокоточные модули определения местоположения могут стать доступными в смартфонах и другой портативной электронике, не увеличивая их конечной стоимости".