Цифровой журнал «Компьютерра» № 223

GPS и ей подобные системы (отечественная ГЛОНАСС, а также проектируемые европейская Galileo, китайская BeiDou/COMPASS, индийская IRNSS и другие), вообще говоря, устроены весьма просто. Весь фокус — в очень точных часах, размещённых на спутниках и в приёмнике: каждый спутник постоянно транслирует в эфир точное время, а наблюдатель, оценив, сколько наносекунд потребовалось сигналу, чтобы добраться от спутника до данной точки пространства, и зная, где находился каждый спутник в конкретный момент, определяет своё местоположение.

До 2000 года Соединённые Штаты принудительно занижали точность сигналов GPS, доступных гражданским пользователям: нацбезопасность прежде всего! Со временем от этой порочной практики в значительной степени отказались, но точность позиционирования отнюдь не выросла до бесконечности — и даже в лучшем случае, без привлечения дополнительных средств, составляет единицы метров для всех GPS-подобных систем.

Обусловлено это множеством сопутствующих негативных факторов. Точные часы по-прежнему весьма дороги и громоздки. Спутники движутся вокруг Земли отнюдь не по математически гладким орбитам, а слегка колеблясь, и предсказать эти колебания практически невозможно. Наконец, радиосигнал от спутника, проходя через атмосферу, неизбежно и непредсказуемо преломляется (особенно в ионосфере). Всё это заметно влияет на точность определения координат.

Но здесь-то и пригодятся вышеупомянутые наземные станции. Авторы QZSS планируют покрыть Японию сетью из 1 200 жёстко привязанных к координатной сетке автоматических приёмопередатчиков, каждый из которых будет оценивать качество прохождения сигналов GPS в данной конкретной точке пространства-времени, формировать поправку на условия в верхних слоях атмосферы и прочие помехи, отправлять её спутникам QZSS, а уже те — ретранслировать её обратно на землю, потребителям. Учтя реалтаймовую QZSS-поправку для текущего района на своём устройстве, потребитель сможет узнать свои координаты с точностью до 3 сантиметров по вертикали и сантиметра с небольшим по горизонтали.

Оригинальное и очень красивое решение, правда? На самом деле придумали его не в Японии и не вчера: подобные, хоть и не в точности такие, системы называют системами дифференциальной коррекции (GNSS augmentation); они в ходу у специальных служб (в частности морских) уже много лет и позволяют довести точность геопозиционирования до десятков сантиметров. Заслуга японцев в другом: благодаря постоянно висящему в зените одному из спутников QZSS будет пригодна для использования в тяжёлых условиях плотной городской застройки, а также в гористой местности (что актуально для Страны восходящего солнца).

Кроме того, хотя к исходу десятилетия все основные системы глобального позиционирования планируют обеспечить субметровую точность (воздержалась, кажется, только Индия), QZSS останется самой точной и дешёвой из всех. Жаль, что работать она будет в полную силу лишь на территории Японии. Но это не повод не задаться следующим вопросом: для чего может быть полезно знать свои координаты до сантиметров?

Ни в коей мере не претендуя на полное раскрытие темы, рискну утверждать, что в данный момент выделяют три направления, на которых сантиметровая точность обещает принести ощутимую пользу. Во-первых, это координация движения летающих дронов — которые местами уже испытываются (Австралия) и обязательно возьмут на себя значительную часть гражданских грузоперевозок.

Во-вторых, это координация движения робоавтомобилей. Будь то передвижение по автомагистрали или обработка сельхозугодий (японцы уже оперируют термином «е-сельское хозяйство»), умение ориентироваться на местности с точностью, превосходящей способности живого существа (прежде всего человека), роботам несомненно пригодится.

И третье направление — это ориентирование в помещениях. Рынок indoor-позиционирования, картографии уже сегодня кипит; разрабатываются и внедряются фантастически сложные системы локального мониторинга и ориентации, полезные как потребителям, так и бизнесу. Не факт, что QZSS сможет работать внутри помещений, но такая надежда есть — и есть потребность в indoor-системах позиционирования, не требующих установки специальных устройств (маячков, видеокамер и пр.) и дополнительных усилий.

QZSS вступает в строй в 2018 году; другие субсантиметровые системы, вероятно, лишь немного задержатся. Самое время генерировать идеи.

В статье использованы иллюстрации Alpha, QSS.

К оглавлению

8 странных футуристических предсказаний, которые так и не сбылись

Олег Нечай

Опубликовано 29 апреля 2014