Giải pháp mới có thể hạn chế sự ảnh hưởng từ các tòa nhà cao tầng và vật cản trong môi trường đô thị.
GPS là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Mỹ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Là một công nghệ quan trọng trong nhiều thập kỷ, nhưng nó có những hạn chế, đặc biệt là ở các khu vực đô thị nơi tín hiệu có thể bị nhiễu. Nhưn giờ đây, các kỹ sư ở Hà Lan đã phát triển “SuperGPS” – một hệ thống định vị hỗn hợp kết hợp các kết nối không dây và quang học để xác định chính xác các vị trí trong phạm vi centimet.
Quay trở lại với GPS thì mỗi vệ tinh của hệ thống này mang theo một đồng hồ nguyên tử, cho phép đếm thời gian cực kỳ chính xác. Đồng hồ này được đồng bộ hóa với đồng hồ trên mặt đất và trên các vệ tinh khác. Một thiết bị thu có thể giao tiếp với nhiều vệ tinh cùng lúc và tính toán vị trí của chính nó trong không gian 3D dựa trên vị trí của các vệ tính, với độ chính xác có thể chỉ sai lệch vài cm.
Nhưng đó là trong điều kiện lý tưởng, và tất nhiên đó không phải là cách mà thế giới thực vận hành. Các tòa nhà và nhiều vật cản khác nhau giữa máy thu (ví dụ một chiếc smartphone) và vệ tinh có thể làm gián đoạn tín hiệu và đẩy khoảng cách sai lệch lên vài mét. Khi dữ liệu vị trí ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với các công nghệ tương lai, đơn cử như xe tự hành, thì việc tìm cách cải thiện độ chính xác ngày càng thiết yếu.
Mô phỏng về hệ thống SuperGPS.
Và đó là lúc SuperGPS xuất hiện. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Delft, Vrije Universiteit Amsterdam và VSL đã phát triển một hệ thống thay thế. Nó cũng hoạt động theo nguyên tắc tương tự như GPS nhưng mọi thứ diễn ra hoàn toàn trên mặt đất, dựa vào việc khai thác các mạng viễn thông hiện có.
Các “vệ tinh” trong trường hợp này là các máy phát vô tuyến không dây sẽ được lắp đặt rải rác trong một khu vực đô thị. Thay vì mỗi cái cần có đồng hồ nguyên tử riêng để theo dõi thời gian, tất cả chúng đều được liên kết với một đồng hồ nguyên tử duy nhất thông qua cáp quang, giúp hệ thống luôn đồng bộ. Sau đó, nó sẽ hoạt động giống như GPS thông thường, với các thiết bị thu sẽ định vị trí của chúng bằng cách liên lạc với một số nút vô tuyến và tính toán thời gian cần thiết để tín hiệu dội lại giữa mỗi nút.
Nguyên mẫu SuperGPS đang được thử nghiệm trong thực tế.
Nhóm nghiên cứu cho biết SuperGPS tránh được vấn đề khi các tòa nhà phản xạ tín hiệu vô tuyến, bằng cách sử dụng một băng thông “ảo” được tạo thành từ một số phần băng thông nhỏ hơn. Điều này tạo ra các tín hiệu tương tự như tín hiệu được sử dụng bởi điện thoại di động, đồng thời cho phép chúng bỏ qua khả năng bị nhiễu từ các tòa nhà và các vật thể khác. Trong các cuộc thử nghiệm nguyên mẫu của hệ thống này, nhóm nghiên cứu cho biết SuperGPS có thể theo dõi các thiết bị trong phạm vi sai lệch chỉ vài chục cm trong môi trường đông đúc.
Tất nhiên, loại hệ thống này sẽ không thay thế hoàn toàn được GPS, nhưng cả hai có thể hoạt động song song để mang lại khả năng theo dõi chính xác hơn trong khu vực đô thị hoặc cung cấp hệ thống dự phòng trong trường hợp mất điện.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.
GPS là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Mỹ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Là một công nghệ quan trọng trong nhiều thập kỷ, nhưng nó có những hạn chế, đặc biệt là ở các khu vực đô thị nơi tín hiệu có thể bị nhiễu. Nhưn giờ đây, các kỹ sư ở Hà Lan đã phát triển “SuperGPS” – một hệ thống định vị hỗn hợp kết hợp các kết nối không dây và quang học để xác định chính xác các vị trí trong phạm vi centimet.
Quay trở lại với GPS thì mỗi vệ tinh của hệ thống này mang theo một đồng hồ nguyên tử, cho phép đếm thời gian cực kỳ chính xác. Đồng hồ này được đồng bộ hóa với đồng hồ trên mặt đất và trên các vệ tinh khác. Một thiết bị thu có thể giao tiếp với nhiều vệ tinh cùng lúc và tính toán vị trí của chính nó trong không gian 3D dựa trên vị trí của các vệ tính, với độ chính xác có thể chỉ sai lệch vài cm.
Nhưng đó là trong điều kiện lý tưởng, và tất nhiên đó không phải là cách mà thế giới thực vận hành. Các tòa nhà và nhiều vật cản khác nhau giữa máy thu (ví dụ một chiếc smartphone) và vệ tinh có thể làm gián đoạn tín hiệu và đẩy khoảng cách sai lệch lên vài mét. Khi dữ liệu vị trí ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với các công nghệ tương lai, đơn cử như xe tự hành, thì việc tìm cách cải thiện độ chính xác ngày càng thiết yếu.
Mô phỏng về hệ thống SuperGPS.
Và đó là lúc SuperGPS xuất hiện. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Delft, Vrije Universiteit Amsterdam và VSL đã phát triển một hệ thống thay thế. Nó cũng hoạt động theo nguyên tắc tương tự như GPS nhưng mọi thứ diễn ra hoàn toàn trên mặt đất, dựa vào việc khai thác các mạng viễn thông hiện có.
Các “vệ tinh” trong trường hợp này là các máy phát vô tuyến không dây sẽ được lắp đặt rải rác trong một khu vực đô thị. Thay vì mỗi cái cần có đồng hồ nguyên tử riêng để theo dõi thời gian, tất cả chúng đều được liên kết với một đồng hồ nguyên tử duy nhất thông qua cáp quang, giúp hệ thống luôn đồng bộ. Sau đó, nó sẽ hoạt động giống như GPS thông thường, với các thiết bị thu sẽ định vị trí của chúng bằng cách liên lạc với một số nút vô tuyến và tính toán thời gian cần thiết để tín hiệu dội lại giữa mỗi nút.
Nguyên mẫu SuperGPS đang được thử nghiệm trong thực tế.
Nhóm nghiên cứu cho biết SuperGPS tránh được vấn đề khi các tòa nhà phản xạ tín hiệu vô tuyến, bằng cách sử dụng một băng thông “ảo” được tạo thành từ một số phần băng thông nhỏ hơn. Điều này tạo ra các tín hiệu tương tự như tín hiệu được sử dụng bởi điện thoại di động, đồng thời cho phép chúng bỏ qua khả năng bị nhiễu từ các tòa nhà và các vật thể khác. Trong các cuộc thử nghiệm nguyên mẫu của hệ thống này, nhóm nghiên cứu cho biết SuperGPS có thể theo dõi các thiết bị trong phạm vi sai lệch chỉ vài chục cm trong môi trường đông đúc.
Tất nhiên, loại hệ thống này sẽ không thay thế hoàn toàn được GPS, nhưng cả hai có thể hoạt động song song để mang lại khả năng theo dõi chính xác hơn trong khu vực đô thị hoặc cung cấp hệ thống dự phòng trong trường hợp mất điện.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.
Theo Genk
