GPS od lat jest fundamentem współczesnej nawigacji. Korzystają z niego samoloty, statki, samochody, służby wojskowe oraz miliony osób używających smartfonów. System ma jednak poważną słabość: jego sygnał może zostać zakłócony, a podczas konfliktów zbrojnych również celowo zagłuszony. Dlatego naukowcy i firmy technologiczne szukają rozwiązań, które pozwolą określać położenie bez klasycznego GPS. Część z nich wykorzystuje naturalne pole magnetyczne Ziemi, inne analizują sygnały satelitarne lub emisje pochodzące z masztów telefonii komórkowej.
Pole magnetyczne Ziemi jako alternatywa dla GPS
Jedną z najbardziej obiecujących technologii jest MagNav, czyli nawigacja magnetyczna. Pole magnetyczne Ziemi nie jest całkowicie jednolite, ponieważ wpływa na nie między innymi zróżnicowanie skał w skorupie ziemskiej. Te niewielkie różnice mogą stać się swoistą mapą pozwalającą ustalić pozycję maszyny.
Samolot wyposażony w bardzo czuły magnetometr wykrywa anomalie pola magnetycznego i porównuje je z wcześniej przygotowaną mapą. Na tej podstawie system może określić, gdzie znajduje się statek powietrzny. Co ważne, metoda może działać nad lądem i morzem, niezależnie od światła dziennego oraz zachmurzenia.
Nawigacja bez GPS
Australijska firma Q-CTRL zaprezentowała w ubiegłym roku system wykorzystujący optycznie pompowany magnetometr. Urządzenie wykorzystuje między innymi laser i atomy rubidu, aby z dużą precyzją mierzyć pole magnetyczne.
Inne rozwiązanie rozwija kanadyjska firma SBQuantum. Jej magnetometr opiera się na diamencie z tzw. centrami azotowo-wakancyjnymi, które umożliwiają pomiar nie tylko siły pola magnetycznego, lecz także jego kierunku. Nadal problemem pozostaje jednak jakość globalnych map magnetycznych. Aby system mógł działać szeroko, potrzebne są dokładniejsze i ujednolicone dane z całego świata.
Satelity mogą pomóc określić pozycję bez GPS
Drugim kierunkiem badań są tzw. signals of opportunity, czyli sygnały radiowe nadawane przez satelity do celów innych niż nawigacja. Naukowcy analizują w tym przypadku między innymi efekt Dopplera.
Gdy satelita zbliża się do odbiornika, częstotliwość odbieranego sygnału ulega zmianie. Zmienia się ponownie, gdy satelita oddala się od urządzenia. Połączenie tych danych z informacjami o orbicie pozwala obliczyć pozycję odbiornika.
W sierpniu 2024 roku system Matrix, opracowany przez ASPIN Lab, wykorzystał podczas testu na statku w pobliżu zachodniej Grenlandii sygnały pochodzące od 21 satelitów Starlink i OneWeb. System wyznaczył położenie jednostki z błędem wynoszącym około 27 metrów.
Trwają już prace nad zwiększeniem dokładności tej metody. W przyszłości zestawienie pomiarów Dopplera z danymi o odległości od kilku satelitów może umożliwić określanie pozycji z dokładnością do około dwóch metrów.
Przeczytaj też: Google Maps zapamięta, gdzie zaparkowaliście auto. Tę funkcję warto włączyć
Maszty telefonii komórkowej również mogą wspierać nawigację
To nie koniec możliwych alternatyw. System Matrix był testowany także z użyciem sygnałów emitowanych przez maszty telefonii komórkowej. Technologia miała wspomagać nawigację samolotu, analizując drobne zmiany w odbieranych sygnałach.
W przyszłości GPS może więc zyskać coraz więcej systemów uzupełniających. Pole magnetyczne Ziemi, satelity Starlink i OneWeb oraz sieci komórkowe mogą stworzyć dodatkową warstwę nawigacji, szczególnie istotną wtedy, gdy tradycyjny sygnał satelitarny zostanie zakłócony – pisze economist.com.
Do całkowitego zastąpienia GPS droga pozostaje daleka. Technologie, które jeszcze niedawno były wyłącznie laboratoryjnymi eksperymentami, zaczynają jednak osiągać precyzję pozwalającą myśleć o ich praktycznym zastosowaniu.