Сегодня система ориентации дронов в пространстве, например, для самостоятельного возвращения на базу, требует либо радиосигналов, либо мощных вычислительных средств на борту коптеров. Такие решения не подходят для работы в условиях ограничения связи или для миниатюрных устройств. В то же время муравьи и пчёлы не имеют проблем с ориентацией в пространстве, несмотря на свою миниатюрность. Оказалось, что дроны тоже так могут.

Источник изображений: TU Delft

Муравьи для запоминания обратной дороги сочетают два подхода. Во-первых, своими глазами они делают «панорамные снимки» окружающей местности. Во-вторых, они «подсчитывают» количество шагов между местами, которые запоминают. Сопоставляя одно и другое муравей способен вернуться домой после любого путешествия. Воздушные дроны не могут подсчитывать шаги, хотя возможность делать панорамные снимки для них не проблема.

Летающие дроны могут воспользоваться иным методом одометрии, подсмотренным у пчёл. Пчёлы запоминают скорость перемещения между локациями по скорости перемещения объектов, над которыми они пролетают. Это также помогает запомнить направление движения.

Учёные из Делфтского технического университета в Нидерландах (TU Delft) совместили обе технологии в крошечном 56-грамовом квадрокоптере CrazyFlie, который был слишком мал, чтобы нести мощную систему автономной навигации. При смене маршрута он делал панорамный снимок местности, а затем запоминал время и скорость движения к следующему месту съёмки. Прокручивая локации в обратном порядке, дрон смог вернуться домой по 100-м лабиринту, задействовав всего 1,16 Кбайт памяти.

Когда-нибудь тысячи крошечных дронов с подобной технологией смогут самостоятельно выполнять свою работу по инспекции объектов, мониторингу сельхознасаждений или даже опылению растений, полагаясь лишь на муравьиную способность ориентироваться в пространстве. Это будет забавный виток эволюции.

Финансируемый властями Евросоюза консорциум INPHOMIR объявил о намерении разработать датчики, которые помогут спутникам осуществлять навигацию с более высокой точностью, а беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) — преодолевать большие расстояния, пишет Reuters.

Источник изображения: inphomir.eu

INPHOMIR планирует создать два новых датчика с ультранизким потреблением энергии, оптический гироскоп и лидар, которые повысят эффективность и доступность космических миссий. Проект оценивается в €5 млн — он обеспечивается за счёт программы финансирования исследований и инноваций в Евросоюзе Horizon Europe.

Системы спутниковой навигации могут работать со сбоями в условиях плохой видимости, при тумане и пыли. Даже небольшие ошибки в измерениях могут вызвать значительные аномалии в позиционировании и расчёте траектории, а также обернуться миллионными издержками.

INPHOMIR разрабатывает датчики на основе фосфида индия — это позволяет повысить эффективность, а также снизить массу и размеры фотонных интегральных схем, в которых для передачи и обработки информации используется свет. Эти технологические решения могут оказаться полезными в работе навигационных модулей БПЛА и транспортных средств с автопилотом.

Великобритания первой в мире провела серию испытательных полётов, в которых протестировали основу для технологий перспективной квантовой навигационной системы. Она поможет предотвратить одну из наиболее потенциально опасных, но недостаточно широко освещаемых угроз — глушение и подмену сигнала GPS.

Источник изображения: twitter.com/QinetiQ

Система глобального позиционирования (GPS) настолько глубоко проникла в жизнь современного человека, что стала восприниматься как нечто само собой разумеющееся, но лишь до тех пор, пока спутниковый сигнал по какой-то причине не теряется или «перепрыгивает» в другую точку. Для обычного человека это неприятно, но с кораблями и самолётами дело обстоит куда более критично, особенно если речь идёт о подмене сигнала. Только в 2022 году зафиксированы 49 605 случаев, когда гражданские самолёты стали жертвами подмены сигнала GPS, гласит статистика Европейской ассоциации бизнес-авиации. Часто это происходит вблизи зон конфликта для неверной навигации вражеских самолётов или БПЛА. Но результат таких действий также может повлиять на работу авиадиспетчеров, которые полагаются на данные, поступающие напрямую от приборов на самолётах.

Один из способов борьбы с этим — подключение резервных систем навигации, например, инерциальных. Это электронный просчёт пути по данным гироскопов и акселерометров, который является вполне рабочим методом. Но со временем в таких системах накапливаются ошибки, которые в случае с подводными лодками могут исчисляться милями — поэтому им приходится всплывать и сверяться с координатами по GPS. Самолёты движутся намного быстрее, и ошибки в их системах также накапливаются быстрее. Для решения этой проблемы британские компании Infleqtion, BAE Systems и QinetiQ, а также агентство по науке и инновациям UKRI решили создать собственную навигационную систему на основе квантовой механики.

Квантовые навигационные системы получают данные, используя такие явления как квантовая запутанность, квантовая интерференция и сжатие квантового состояния. В сочетании с высокоточными атомными часами и специальным программным анализом для фильтрации помех они способны заменять GPS в течение длительного времени. Недавно на объекте британского Министерства обороны в графстве Уилтшир прошли испытания квантовой системы позиционирования, навигации и синхронизации (PNT) на основе компактных оптических атомных часов Tiqker и установкой на основе ультрахолодных атомов — они работали на самолёте QinetiQ RJ100. Как ожидается, PNT впоследствии будет интегрирована в полномасштабную квантовую инерциальную навигационную систему (Q-INS).

Европейское космическое агентство (ЕКА) выделило €76,6 млн на разработку орбитальной обсерватории Genesis, которая сможет определять положение объектов на Земле с точностью до одного миллиметра. Ещё €156,8 млн выделено на запуск низкоорбитальной группировки аппаратов тестирования и повышения надёжности спутниковой навигации.

Спутник Genesis. Источник изображений: esa.int

Genesis будет обеспечивать работу «Международной земной системы отсчёта» (ITRF). Для этого на борту аппарата будут располагаться спутниковый навигационный дальномер, модуль радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, лазерный дальномер и система измерения доплеровского смещения при обмене радиосигналами между спутниками и наземными станциями (DORIS) — синхронизацию оборудования обеспечит сверхстабильный осциллятор (USO). Сочетание четырёх геодезических методов на одном аппарате позволит добиться точности измерений, которой не удавалось достичь ранее, отметили в компании OHB Italia, выступающей главным подрядчиком в проекте Genesis.

В прошлом году европейская спутниковая система навигации Galileo дополнилась службой High-Accuracy Service (HAS), которая обеспечила точность до 20 см по горизонтали и до 40 см по вертикали. В результате Galileo стала самой точной системой спутниковой навигации в мире, но разрешение в 1 мм, очевидно, обещает ещё более высокую точность. Обновлённая ITRF поможет повысить точность спутниковых систем, включая Galileo «в таких областях как авиация, управление дорожным движением, автономные транспортные средства, позиционирование и навигация», отметили в ЕКА. Это будет востребованным в метеорологии, прогнозировании стихийных бедствий, мониторинге последствий изменения климата, землепользовании и съёмке, а также изучении гравитационных и негравитационных полей.

Спутник LEO-PNT

Агентство заключило два контракта по €78,4 млн на разработку демонстрационной системы низкоорбитальной навигации и синхронизации LEO-PNT. Это будет группировка спутников для тестирования новых сигналов и частотных диапазонов с целью повышения точности позиционирования при работе совместно с Galileo и другими спутниковыми навигационными системами. LEO-PNT повысит надёжность систем навигации в условиях помех и слабого приёма, включая городские районы с плотной застройкой и даже закрытые помещения. Запуск Genesis запланирован на 2028 год, а группировка LEO-PNT должна быть развёрнута до 2027 года.

Спутники систем навигации представляют собой сложнейшие приборы по координации синхронизированного с атомными часами времени и расстояний с учётом релятивистских явлений. Они способны и обязаны компенсировать любые гравитационные воздействия на их орбиты. Это уже готовые датчики гравитационных аномалий, сообщили европейские учёные и предложили превратить их в охотников за чёрными дырами и тёмной материей.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

«Мы впервые предложили использовать замеры гравиметрических научных приборов и параметры орбит спутников глобальных навигационных систем для поиска аномалий, порождённых скоплениями тёмной материи и примордиальными [первичными] чёрными дырами, которые сближаются с Землёй на достаточно близкое расстояние. Работа этого подхода уже была проверена на базе одного из спутников навигационной системы Galileo», — пишут исследователи, которых цитирует информагентство ТАСС.

Первичные чёрные дыры слишком малы, чтобы их гравитационные волны могли уловить современные лазерно-интерферометрические гравитационно-волновые обсерватории. Считается, что они образовались из неоднородностей первичной материи вскоре после Большого взрыва. Многие из них уже испарились за счёт излучения Хокинга, но самые большие могут ещё оставаться во Вселенной. Это объекты планетарной массы, и в случае пересечения Солнечной системы в относительной близости Земли навигационные спутники отреагировали бы на их присутствие, как и на присутствие сгустков тёмной материи.

Группа европейских физиков под руководством профессора Брюссельского свободного университета (Бельгия) Себастьяна Клессе разработала методику косвенного использования развёрнутых на орбите навигационных спутниковых группировок для поиска примордиальных чёрных дыр в окрестностях Земли, включая поиск скоплений тёмной материи.

Очевидным образом прохождение небольшой чёрной дыры или сгустка тёмной материи рядом с Землёй окажет измеряемое воздействие на движение околоземных искусственных спутников, например, их ускорение и большую полуось орбиты. В сочетании с наземным оборудованием и спутниками по изучению земной гравитации это позволит примерно определить массу и положение гравитационных аномалий, если таковые произойдут, и сделать вывод о вероятной природе вызвавших их объектов.

Согласно предварительным расчётам, один спутник навигационной системы Galileo сможет уловить такую гравитационную аномалию на удалении около 1,5 а.е. от Земли (от Земли до Солнца в среднем 1 а.е.). Но чем больше спутников будет задействовано, тем дальше будут отодвигаться границы чувствительности.

Нечто подобное 10 лет назад проделали российские астрономы. Тогда они использовали данные орбитальных движений Солнца, планет и некоторых астероидов, чтобы попытаться обнаружить гравитационные аномалии в Солнечной системе. Наблюдение за навигационными спутниками в течение 30 лет способно на порядок улучшить определение подобных аномалий и принести весомый научный результат. Более того, если в окрестностях Земли будет обнаружена первичная чёрная дыра у учёных уже есть идея превратить её в аккумулятор энергии. Но это уже другая история.

Служба «Яндекс Go» приступила к тестированию функций навигации на основе вышек мобильной связи и точек доступа Wi-Fi для устройств под Android. Компания также начала обучать водителей и автокурьеров по данным навигации нового формата, сообщило ТАСС со ссылкой на пресс-службу компании.

Источник изображения: Alaksiej Čarankievič / unsplash.com

Потребность в новой навигационной технологии возникла из-за того, что в последние месяцы на территории Москвы значительно ухудшилась работа служб спутникового геопозиционирования. Эти проблемы не связаны с работой приложений, но отражаются на всех службах, связанных с навигационными функциями, включая сервисы «Яндекса».

Водителей и автокурьеров уже начали обучать правильной настройке смартфона для навигации по Wi-Fi. Для корректной работы функций геопозиционирования в новом формате требуется войти в меню разработчика на устройстве и отключить ограничение на сканирование Wi-Fi.

Проблемы с навигационными функциями в приложениях служб «Яндекса» стали отмечаться в мае 2023 года. С того момента улучшений в ситуации отмечено не было — затруднения в работе GPS продолжаются, вызывая сбои в службах аренды автомобилей или вызова такси. При этом в «Яндексе» заверили, что неполадки в системах геопозиционирования не влияют на механизм формирования цен в «Яндекс.Такси».

Хотя GPS и другие спутниковые системы эффективно используются для определения координат на земле, под водой эти системы неэффективны. Учёные из Университета штата Иллинойс Урбана-Шампейн нашли способ определения местоположения, проанализировав модели подводной поляризации света.

Источник изображения: University of Illinois Urbana-Champaign

Если системы GPS определяют местоположение пользователя на суше с помощью сигналов нескольких спутников, то под водой такие радиосигналы крайне слабы и неустойчивы даже на относительно небольшой глубине. В результате технологию не могут использовать ни дайверы, ни подводные лодки или другие объекты.

При этом солнечный свет проникает значительно глубже, чем радиоволны, хотя и поляризуется в воде, причём направление поляризации во многом зависит, например, от угла, под которым свет падает на поверхность, а это, в свою очередь, зависит от даты, времени дня, а также географического положения.

Команда университета сделала около 10 млн фотографий подводной камерой со специальной оптикой в нескольких локациях — как в США, так и, например, в Северной Македонии. Фотографии делали в разных условиях, в разные даты, на разных глубинах и в разное время суток. После этого их использовали для тренировки нейросети, чтобы выявить предсказуемые модели поляризации с учётом данных факторов.

В результате нейросеть научилась распознавать по подводным фото координаты с точностью до 40-50 км, хотя по мере развития технологий точность значительно повысится. Система действует на максимальной глубине до 300 м — глубже свет почти не проникает.

Тем не менее, потенциально технология позволяет определять координаты под водой как в открытом океане, так и, например, в чистых или мутных водоёмах на суше, днём, ночью или на глубине. Отчёт о результатах исследования авторы недавно опубликовали в журнале eLight.