Счёт на сантиметры: как и для чего строят «высокоточную gps»?

Posted by onlinetorg on in О современных технологиях

Довольно часто ли вам недостаёт точности на протяжении работы с приложениями цифровой навигации? Десять лет назад, в то время, когда приёмник сигналов совокупностей глобального позиционирования ещё не стоял в каждом мобильнике, вопрос данный был больным. Ориентироваться на местности тогда пробовали по вторичным показателям наподобие неповторимого идентификатора соты либо приблизительного места размещения точек Wi-Fi: точность при таких условиях варьируется сотнями метров. Удешевление GPS-сенсоров сняло эту проблему. Кроме того номинальные 10 метров, обеспечиваемые GPS и ГЛОНАСС, кажутся в полной мере достаточными для большинства бытовых задач. И всё-таки довольны не все. Япония близка к старту собственной совокупности QZSS, которая обеспечит точность в единицы сантиметров! И она далеко не единственная, кто занят данной задачей. Но как достигается и для чего нужна такая пунктуальность?

Квазизенитная спутниковая совокупность (так расшифровывается QZSS) — проект не самый большой среди себе аналогичных, но, пожалуй, самый хитроумный из всех. С технической точки зрения это комплекс, складывающийся из нескольких спутников и широкой сети наземных автоматических станций, причём трудится таковой комплекс не сам по себе, а в паре с американской GPS. Спутников планируется семь штук (один уже запущен), и орбиты их будут соотноситься очень умным образом: для наблюдателя, находящегося недалеко от Земли от Японии до Австралии, они нарисуют в небе перекошенную «восьмёрку», причём в любую секунду времени в зените будет висеть как минимум один аппарат (из этого и наименование). Так, кроме того зажатый в «урбанистическом каньоне» из небоскрёбов наблюдатель с высокой степенью возможности сможет «слышать» сигнал QZSS. Фишка, но, в том, что сигнал данный будет запасным – содержащим только поправку, применив которую к сигналам совокупности GPS наблюдатель и сможет установить собственное расположение с точностью до тех самых нескольких сантиметров.

GPS и ей подобные системы (отечественная ГЛОНАСС, и проектируемые европейская Galileo, китайская BeiDou/COMPASS, индийская IRNSS и другие), по большому счету говоря, устроены очень легко. Целый фокус — в весьма правильных часах, размещённых на спутниках и в приёмнике: любой спутник всегда транслирует в эфир правильное время, а наблюдатель, оценив, сколько наносекунд потребовалось сигналу, дабы добраться от спутника до данной точки пространства, и зная, где был любой спутник в конкретный момент, определяет собственное расположение.

До 2000 года Соединённые Штаты принудительно занижали точность сигналов GPS, дешёвых гражданским пользователям: нацбезопасность в первую очередь! Со временем от данной порочной практики в значительной мере отказались, но точность позиционирования отнюдь не выросла до бесконечности – а также в лучшем случае, без привлечения дополнительных средств, образовывает единицы метров для всех GPS-подобных систем.

Обусловлено это множеством сопутствующих негативных факторов. Правильные часы так же, как и прежде очень дороги и громоздки. Спутники движутся около Почвы отнюдь не по математически ровным орбитам, а легко колеблясь, и угадать эти колебания фактически нереально. Наконец, радиосигнал от спутника, проходя через воздух, неизбежно и непредсказуемо преломляется (особенно в ионосфере). Всё это заметно воздействует на точность определения координат.

Но здесь-то и понадобятся упомянутые выше наземные станции. Авторы QZSS собираются покрыть Японию сетью из 1 200 жёстко привязанных к координатной сетке автоматических приёмопередатчиков, любой из которых будет оценивать уровень качества прохождения сигналов GPS в данной конкретной точке пространства-времени, вырабатывать поправку на условия в верхних слоях прочие помехи и атмосферы, отправлять её спутникам QZSS, а уже те – ретранслировать её обратно на землю, потребителям. Учтя реалтаймовую QZSS-поправку для текущего района на своём устройстве, потребитель сможет определить собственные координаты с точностью до 3 сантиметров по вертикали и сантиметра с маленьким по горизонтали.

Уникальное и прекрасное ответ, правда? В действительности придумали его не в Японии и не день назад: подобные, хоть и не в точности такие, совокупности именуют совокупностями дифференциальной коррекции (GNSS augmentation); они в ходу у особых работ (в частности морских) уже много лет и разрешают довести точность геопозиционирования до десятков сантиметров. Заслуга японцев в другом: благодаря неизменно висящему в зените одному из спутников QZSS будет пригодна для применения в тяжёлых условиях плотной муниципальный застройки, а также в гористой местности (что актуально для Страны восходящего солнца).

Помимо этого, не смотря на то, что к финалу десятилетия все главные совокупности глобального позиционирования собираются обеспечить субметровую точность (воздержалась, думается, лишь Индия), QZSS останется самой правильной и недорогой из всех. Жаль, что трудиться она будет в полную силу только на территории Японии. Но это не предлог не задаться следующим вопросом: для чего возможно полезно знать собственные координаты до сантиметров?

Ни в коей мере не претендуя на полное раскрытие темы, рискну утверждать, что сейчас выделяют три направления, на которых сантиметровая точность обещает принести ощутимую пользу. Во-первых, это координация перемещения летающих дронов — каковые местами уже испытываются (Австралия) и в обязательном порядке возьмут на себя большую часть гражданских грузоперевозок.

Во-вторых, это координация перемещения робоавтомобилей. Будь то передвижение по автомагистрали либо обработка сельхозугодий (японцы уже оперируют термином «е-сельское хозяйство»), умение ориентироваться на местности с точностью, превосходящей способности живого существа (в первую очередь человека), роботам без сомнений понадобится.

И третье направление — это ориентирование в помещениях. Рынок indoor-позиционирования, картографии уже сейчас кипит; разрабатываются и внедряются фантастически сложные совокупности ориентации и локального мониторинга, нужные как потребителям, так и бизнесу. Не факт, что QZSS сможет трудиться в помещений, но такая надежда имеется — и имеется потребность в indoor-совокупностях позиционирования, не требующих установки особых устройств (маячков, камер и пр.) и дополнительных упрочнений.

QZSS вступает в строй в 2018 году; другие субсантиметровые совокупности, возможно, только мало задержатся. Самое время генерировать идеи.

В статье использованы иллюстрации Alpha, QSS.


Похожие статьи: