Программное обеспечение позволяет определять местоположение в сантиметрах с помощью GPS-навигатора телефона

Малоизвестный факт, что GPS может обеспечить гораздо более точное позиционирование, хотя только если вы предоставите достаточно большую антенну. Это не является разумным предложением для большинства приложений, но теперь у нас есть алгоритм, который может добиться дополнительной точности, используя только стандартную антенну мобильного телефона.

При хороших условиях GPS-приемники мобильных телефонов могут определять ваше местоположение с точностью до 2–3 метров. Проблема в том, что многолучевой прием обычно уменьшает это значение до 10 метров или хуже. Многолучевой прием портит информацию о синхронизации, потому что сигнал от спутника проходит несколько путей к приемнику. Более крупная направленная антенна и более сложная обработка могут уменьшить многолучевой прием и достичь сантиметровой точности.

Теперь группа исследователей из Техасского университета в Остине взяла стандартное оборудование, используемое в телефонах, и попыталась улучшить его, используя только программное обеспечение и некоторые возможные, то есть доступные по цене, обновления оборудования, такие как опорный генератор с температурной компенсацией.

Ключом к процессу является сложный программный фильтр, который фактически использует случайное движение приемника. Простые приемники GPS демодулируют сигнал и извлекают навигационное сообщение. Это пакет данных, который позволяет GPS определять местоположение с точностью до нескольких метров. В принципе, это не хуже, чем у невоенного GPS, но, глядя на фазу несущей, можно улучшить позиционирование до сантиметровой точности — теоретически до 2 мм. Проблема заключается в измерении общей фазы несущей, и это невозможно, если вы не можете получить сильный сигнал, который распространяется по единственному пути между вами и спутником. Это причина того, что системы GPS геодезического класса должны иметь большие и дорогие антенны.

Новый метод использует программное обеспечение для реализации сложного фильтра, который пытается удалить ошибки, вызванные многолучевым приемом. Фильтр включает термин, обозначающий положение и скорость антенн. Удивительным последствием этого является то, что оценка фазы улучшается по мере случайного перемещения телефона.

Вы можете увидеть, насколько хорош этот подход, из следующей демонстрации.

Телефон является стандартным мобильным телефоном, сигнал которого обрабатывается программным радиомодулем и новым алгоритмом фильтрации. Красная область представляет 400 решений для положения антенны, и вы можете видеть, что точность составляет около одного сантиметра.

Чтобы продемонстрировать возможности GPS с точностью до сантиметра, команда подготовила демонстрационное видео:

В настоящее время обработка выполняется на компьютере отдельно от телефона, но должна быть возможность запустить ее на собственном процессоре телефона. В конечном итоге заказной приемник должен стоить менее 50 долларов. Дешевое позиционирование на сантиметр значительно упрощает все: от робототехники и беспилотных автомобилей до съемок и 3D-сканирования.