Ett botemedel för urban GPS: en 3D-antenn

En ny antenndesign som testas av det amerikanska flygvapnet kan göra GPS betydligt mer tillförlitlig och kunna fungera i täta stadsområden där GPS-noggrannheten är svag. Det kan till och med tillåta tekniken att fungera inomhus i vissa fall.

Rund mottagare: Denna antenn i fotbollsstorlek kan ge mer exakta GPS-avläsningar genom att skilja signaler som har kommit direkt från en positioneringssatellit från de som har studsat från byggnader.

Bra GPS-avläsningar är svåra att få i städer på grund av flervägsfenomenet: signaler från positioneringssatelliter studsar mot byggnader och andra strukturer. Det förvirrar GPS-mottagare, som beräknar sin plats genom att veta exakt hur lång tid det tog för signaler att anlända från satelliter ovanför.

En signal som har studsat tar längre tid att komma fram än om den hade färdats direkt, grumlar en mottagares matematik och skickar platsavläsningar med tiotals eller hundratals meter. Smartphones och GPS-enheter i bilen måste ofta räkna ut sin verkliga position genom att analysera kartor och genom att få en serie avläsningar över tiden.

De Flygvapnets tekniska högskola försöker nu ta itu med det problemet med en antenn som kan känna igen och ignorera flervägs GPS-signaler. Projektet bygger på en design som uppfunnits av Leased , ett företag baserat i Canberra, Australien. Institutet testar företagets proof-of-concept-prototyp i fotbollsstorlek och planerar att anpassa den till versioner som kan passa in i ramen för en Humvee eller flygplan, eller byggas in i hjälmar.

När den amerikanska militären försöker automatisera flygplan och andra fordon måste den lita på GPS för att veta var de är. Nunzio Gambale, medgrundare och VD för Locata, säger att det som flygvapnet utvecklar har en god chans att sippra ner till civila, eftersom den mesta GPS-tekniken i smartphones och navigationshjälpmedel har sitt ursprung i militären.

Militärens krav sammanfaller nu med kraven från Apple och Google, säger han. Alla vill använda dessa platsspårningsenheter inomhus och i stadsområden där folk säger att GPS aldrig kommer att fungera.

Locatas antenn har många olika element som kan aktiveras individuellt. I den nuvarande prototypen finns 80 sådana element placerade runt en sfär. Att slå på varje element individuellt under cirka en millisekund gör det möjligt för en mottagare att känna av inte bara styrkan utan även riktningen för inkommande signaler, genom att jämföra vad som detekteras av elementen på olika delar av antennen.

Det gör det möjligt att ignorera GPS-signaler som har studsat till förmån för rena som kommer direkt från en satellit. Det är som att skygglapparna lossnar, säger Gambale. Han tror att den nya antenndesignen under vissa omständigheter till och med kan tillåta GPS-avläsningar inomhus, där flervägseffekter är extremt starka och signalerna från positioneringssatelliter är extremt svaga.

Att konstruera antenner från flera element är inte en ny idé. Men sådana konstruktioner hade traditionellt varje element styrt av sin egen radio, vilket fick olika element att interagera med varandra på sätt som krävde komplex ytterligare bearbetning för att städa upp. I Locatas design ansluts alla element till en enda radio. Sekvensen av signaler som den producerar från olika antennelement kan bearbetas relativt enkelt.

Todd Humphreys , en professor vid University of Texas geopositioneringslaboratorium, säger att Locatas design visar lovande eftersom det kan vara så mycket billigare än tidigare försök att ta itu med flervägsproblemet. Han varnar dock för att detta tillvägagångssätt för antenndesign kräver en stor mottagare, så för närvarande kommer det bara att vara praktiskt i militära tillämpningar.

Locata överlåter till flygvapnet att ta reda på hur praktisk 3D-antennen kan vara. Gambale säger att hans företag istället fokuserar på att använda tekniken för att förbättra en konkurrerande teknik till GPS: ett system med markbaserade positionsbeacons som tillåter platsavläsningar inom centimeters (se Ultra-Fine Location Fixes). Förra året beställde det amerikanska flygvapnet ett Locata-system för White Sands Missile Range i New Mexico. Locata arbetar även med att sälja system till företag som driver gruvor och lager.

Dölj