Сигнали Starlink та висотомір використовували для геолокації з точністю в кілька метрів

Американські інженери показали, що сигнали інтернет-супутників Starlink можна використовувати для геолокації за допомогою аматорського радіообладнання. Записавши сигнали шести супутників, що пролітають, вони розрахували місце розташування в просторі з помилкою в 33,5 метра, а при використанні висотоміра і позиціонуванні на площині помилка зменшилася до 7,7 метра. Стаття опублікована в IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, а також доступна на веб-сайті Каліфорнійського університету в Ірвайні.

GPS, ГЛОНАСС та інші глобальні супутникові навігаційні системи працюють в такий спосіб. Перебуваючи на орбіті, супутники транслюють сигнал, що містить дані про час його випромінювання. Отримавши цей сигнал, приймач може порівняти його з власним часом і за швидкістю розповсюдження радіохвиль розрахувати відстань до супутника. А отримавши сигнали від хоча б чотирьох супутників, він може розрахувати своє місцезнаходження. Супутники GPS і ГЛОНАСС знаходяться на висоті 19-20 тисяч кілометрів, тому сигнал сягає не дуже високої потужності і дослідники вже досить давно вивчають можливість використання низькоорбітальних апаратів, розташованих набагато ближче до Землі.

В останні роки поштовх цьому напрямку дали нові великі угруповання інтернет-супутників, такі як Starlink, OneWeb та кілька запланованих, у тому числі Kuiper від Amazon. Потенційно близьке розташування до поверхні Землі і потужний сигнал, що приймається, можуть підвищити якість супутникової навігації, але фактично існуючі системи не «заточені» під таке використання, тому класичний метод з прийомом сигналів про час з ними не працює. Раніше дослідники пропонували альтернативні методи, для яких необов'язково знати вміст сигналів, але Starlink їх поки не застосовували.

Дослідники під керівництвом Захера Кассаса (Zaher Kassas) із Каліфорнійського університету в Ірвайні навчилися розраховувати місцезнаходження за сигналами Starlink, не маючи інформації про його вміст. Вони виявили, що в сигналі супутників на частоті 11,325 гігагерц є дев'ять несучих піків сигналу. Автори вирішили розраховувати місце розташування за допомогою відстеження фази несучої методу, що використовується для підвищення точності GPS-вимірювань до десятків сантиметрів. Вони доповнили його адаптивним фільтром Калмана для підстроювання частоти через допплерівське зміщення сигналу від супутників.

Сигнал Starlink в Ku-диапазоне

Сигнал Starlink у Ku-діапазоні

Інженери використовували для експериментів програмно-визначену радіосистему (SDR) і доступну антену для Ku-діапазону. Положення супутників вони виявили за загальнодоступною базою TLE-даних. Система записувала сигнали протягом 800 секунд. Після запису вони розрахували координати з помилкою 33,5 метра, якщо розглядати тривимірне розташування і 25,9, якщо розраховувати положення в площині. Додавши дані з висотоміра, що прибирають невизначеність по висоті, вони досягли помилки 7,7 метра.

Прольоти супутників та помилки у визначенні координат

Автори розповіли Ars Technica, що записували сигнали від шести супутників по черзі, тому що поки над їхньою місцевістю не пролітає така кількість апаратів одночасно, але зі зростанням Starlink їх має стати більше, що підвищить точність геолокації. Крім того, вони готують новий експеримент, у якому ловитимуть сигнал від чотирьох супутників одночасно і розраховуватимуть місцезнаходження у реальному часі.

Одна з проблем використання GPS та його аналогів у великих містах полягає в тому, що сигнал відбивається від будівель, тому розрахунки відбуваються з помилками. Минулого року Google почала додавати до Android моделей будівель у деяких містах, щоб враховувати їх при розрахунку координат.

Donation

Повiдомлення на форумi

17 May 2022