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Ein Heilmittel für urbanes GPS: eine 3-D-Antenne
Ein neues Antennendesign, das von der US-Luftwaffe getestet wird, könnte GPS deutlich zuverlässiger machen und in dicht besiedelten städtischen Gebieten mit schwacher GPS-Genauigkeit funktionieren. In einigen Fällen kann die Technologie sogar in Innenräumen eingesetzt werden.
Runder Empfänger: Diese fußballgroße Antenne kann genauere GPS-Messungen ermöglichen, indem sie Signale, die direkt von einem Ortungssatelliten stammen, von denen unterscheidet, die von Gebäuden abgeprallt sind.
Gute GPS-Messwerte sind in Städten aufgrund des Multipath-Phänomens schwer zu bekommen: Signale von Ortungssatelliten prallen von Gebäuden und anderen Strukturen ab. Das verwirrt GPS-Empfänger, die ihren Standort berechnen, indem sie genau wissen, wie lange es dauert, bis Signale von den Satelliten über dem Kopf ankommen.
Es dauert länger, bis ein zurückgesendetes Signal ankommt, als wenn es direkt übertragen worden wäre, was die Mathematik eines Empfängers trübt und Standortmesswerte um Dutzende oder Hunderte von Metern verfälscht. Smartphones und GPS-Geräte im Auto müssen ihren wahren Standort oft durch die Analyse von Karten und durch eine Reihe von Messwerten im Laufe der Zeit ermitteln.
Der Air Force Institute of Technology versucht nun, dieses Problem mit einer Antenne zu lösen, die Mehrwege-GPS-Signale erkennen und ignorieren kann. Das Projekt baut auf einem Design auf, das von . erfunden wurde Vermietet , ein Unternehmen mit Sitz in Canberra, Australien. Das Institut testet den fußballgroßen Proof-of-Concept-Prototyp des Unternehmens und plant, ihn in Versionen zu überführen, die dem Rahmen eines Humvee oder Flugzeugs entsprechen oder in Helme eingebaut werden könnten.
Da das US-Militär versucht, Flugzeuge und andere Fahrzeuge zu automatisieren, muss es sich auf GPS verlassen, um zu wissen, wo sie sich befinden. Nunzio Gambale, Mitbegründer und CEO von Locata, sagt, dass das, was die Air Force entwickelt, gute Chancen hat, auch bei der Zivilbevölkerung anzukommen, da die meisten GPS-Technologien in Smartphones und Navigationshilfen aus dem Militär stammen.
Die Anforderungen des Militärs konvergieren nun mit den Anforderungen von Apple und Google, sagt er. Jeder möchte diese Ortungsgeräte in Innenräumen und in städtischen Gebieten verwenden, in denen die Leute sagen, dass GPS nie funktionieren wird.
Die Antenne von Locata verfügt über viele verschiedene Elemente, die einzeln aktiviert werden können. Im aktuellen Prototyp sind 80 solcher Elemente um eine Kugel herum positioniert. Das individuelle Einschalten jedes Elements für etwa eine Millisekunde ermöglicht es einem Empfänger, nicht nur die Stärke, sondern auch die Richtung der eingehenden Signale zu erfassen, indem er vergleicht, was von den Elementen an verschiedenen Teilen der Antenne erfasst wird.
Dadurch ist es möglich, GPS-Signale zu ignorieren, die zurückgesendet wurden, und stattdessen reine Signale, die direkt von einem Satelliten kommen, verwenden. Es ist, als würden die Scheuklappen abfallen, sagt Gambale. Er glaubt, dass das neue Antennendesign unter Umständen sogar GPS-Messungen in Innenräumen ermöglichen könnte, wo Mehrwegeeffekte extrem stark und die Signale von Ortungssatelliten extrem schwach sind.
Antennen aus mehreren Elementen zu konstruieren ist keine neue Idee. Aber bei solchen Designs wurde jedes Element traditionell von seinem eigenen Funkgerät gesteuert, was dazu führte, dass verschiedene Elemente auf eine Weise miteinander interagierten, die eine komplexe zusätzliche Verarbeitung zur Bereinigung erforderte. Im Design von Locata sind alle Elemente mit einem einzigen Funkgerät verbunden. Die von ihm erzeugte Signalfolge verschiedener Antennenelemente lässt sich relativ einfach verarbeiten.
Todd Humphreys , Professor am Geopositioning Lab der University of Texas, sagt, dass das Design von Locata vielversprechend ist, weil es so viel billiger sein kann als frühere Versuche, das Mehrwegeproblem anzugehen. Er weist jedoch darauf hin, dass dieser Ansatz beim Antennendesign einen großen Empfänger erfordert und daher vorerst nur in militärischen Anwendungen praktikabel ist.
Locata überlässt es der Air Force, herauszufinden, wie praktisch die 3-D-Antenne sein kann. Gambale sagt, sein Unternehmen konzentriert sich stattdessen darauf, die Technologie zu verwenden, um eine konkurrierende Technologie zu GPS zu verbessern: ein System von bodengestützten Standortbaken, das Standortmessungen auf Zentimeter erlaubt (siehe Ultra-Fine Location Fixes ). Im vergangenen Jahr hat die US Air Force ein Locata-System für die White Sands Missile Range in New Mexico in Betrieb genommen. Locata arbeitet auch daran, Systeme an Unternehmen zu verkaufen, die Minen und Lagerhäuser betreiben.