Výkonný přijímač ESA přináší družicovou navigaci i do budov

Minulý týden byly na akci Techno/Innovation Days prezentovány první výsledky programu DINGPOS (Demonstrator for Indoor GNSS Positioning), který v sobě kombinuje extrémně citlivé přijímače schopné pracovat se signálem systémů GPS a Galileo, které jsou následně doplňované o další poziční metody.

Tyto obsahují třeba akcelerometry a gyroskopické senzory, lokální WiFi vysílače pozic a srovnávání s aktuální mapou – spojení známých informací o poloze uživatele s modelem budovy (podobně jako se pohybuje postava v počítačové hře).

„Signály systémů GNSS (Global Navigation Satellite System) jsou primárně určené k venkovnímu použití,“ uvádí David Jimenez-Baños, který dohlíží nad jedním ze dvou kontraktů DINGPOS pro ESA. „Samozřejmě mohou projít i skrze okna nebo zdi – v závislosti na použitém materiálu – ale tím už je signál značně ztlumený. Náš přijímač je o deset decibelů citlivější, než běžně komerčně dostupné vybavení. To znamená, že je schopen detekovat desetinásobně slabší signál GNSS.“

Gustavo Lopez-Risueño, který se podílí na druhém kontraktu DINGPOS pro ESA, vysvětluje: „Dosahujeme tak toho delším integračním časem a využitím většího výpočetního výkonu. Zatímco standardní GNSS přijímač integruje signál jen několik milisekund, nám srovnatelná operace zabere čas dvou sekund nebo i více.“

„Delší integrační časy vyžadují lepší rozlišení frekvencí. Za běžných podmínek má přijímač rozlišení několika set hertzů, ale přístup v rámci programu DINGPOS s sebou přináší přesnost jeden hertz. Když si zkombinujeme tyto faktory dohromady, naše zpracování signálu je zhruba miliónkrát náročnější.“

„Toto extrémní úsilí ale stojí za to, protože jednotky IMU (Inertial Measurement Units) spojující akcelerometry a gyroskopy jsou náchylné k posunům v průběhu času. Jakýkoliv GNSS signál, který jsme schopni detekovat, je pro nás vynikající zdrojem ověření a korekce pro odhadovanou polohu.“

„Dnešní jednotky IMU jsou masově produkované pro automobilový průmysl a pomalu se prosazují zařízení pro individuální uživatele a chodce, která jsou schopna měřit jeden každý krok, který jejich držitel udělá,“ pokračuje pan Lopez-Risueño. „Ale ať je sebelepší, tento systém nemůže udělat práci sám o sobě. Takže se snažíme využít každou příležitost pro získání jakékoliv informace přímo ze signálů GNSS.“

„Máme také v plánu zapojit do určování polohy bezdrátové sítě, i když to vyžaduje vytvoření jejího obrazu a přesného zmapování každého přístupového bodu. Je to proveditelné, ale vyžaduje to velké úsilí ve spojení s kalibrací. A srovnávání s mapami přináší další výzvu: musíme si být jisti, že uživatel nebude nucen procházet skrze zdi!“

Původně byl systém DINGPOS zamýšlený jako pomocník pro záchranné systémy s tím, že jiné aplikace měl přinést až z dlouhodobého pohledu. Dvě konsorcia – jedno vedené organizací IFEN v Německu ve spolupráci s UFAF, AUDENS a Telespazio a druhé vedené firmou GMV ve Španělsku a Portugalsku ve spolupráci s firmami TAS-F, UAB, ADI a Saphirion – souběžně vyvíjejí a testují odlišné platformy.

Testování probíhá v Evropské navigační laboratoři (European Navigation Laboratory) v ESTECu, ve vlastních budovách jednotlivých organizací a v prostředí Galileo Test and Development Environment v Německu. Toto testovací prostředí je vybaveno vysílači signálu podobného systému Galileo, které jsou umístěné na vyvýšená místa, takže je zde možné testovat tento evropský GNSS ještě dříve, než se stane operačním.

Projekt DINGPOS je podporovaný skrze základní program TRP (Technology Research Programme) ESA a vyžívá předchozího výzkumu na tomto poli. Obě konsorcia totiž pracují s technologiemi, která si na tomto poli již dříve patentovala ESA.

DINGPOS zůstává především zkušebním projektem – důkazem, že to jde. Dnešní platformy jsou neohrabané – což odráží velké množství na ně kladených protichůdných požadavků – a vyžadují přenos v batohu nebo na vozíku.

To se ale do budoucna může změnit. Jak uvádí David Jimenez-Baños: „Náš návrh a procesní algoritmy jsou na hraně. Teď ale testujeme a představujeme, co všechno můžeme dokázat, ale v principu není důvod, proč by podobný systém nemohl být jednoho dne integrovaný do ručního zařízení.“