悬挂在新墨西哥州上空8万英尺的气象气球上，一对天线从一个聚苯乙烯冷却器中伸出来。从那个高度，黑暗的太空压迫着地球的蓝天。但天线并没有被这令人叹为观止的景色所吸引。相反，他们会监听可以使航空旅行更安全的信号。

　　桑迪亚国家实验室和俄亥俄州立大学的研究人员正在将实验性导航技术应用到天空中，开创了一种备用系统，当飞机无法依靠全球定位系统卫星时，它可以让飞机保持航向。

　　在浮动冷却器下方15英里处，手机信号塔发出稳定的无线电波嗡嗡声。在数百英里的高空，非gps通信卫星也会这样做。

　　这个想法是使用这些替代信号来计算车辆的位置和速度。

　　桑迪亚大学首席研究员詹妮弗·桑德森说：“我们并不是想取代GPS。”“我们只是试图在它退化或受损的情况下提供帮助，”这可能会给飞行员和乘客带来危险。

　　该团队在9月16日至20日在巴尔的摩举行的导航研究所GNSS+会议（ION GNSS+ 2024）上展示了其初步数据。

　　毫无疑问，GPS仍然是导航的黄金标准。快速、精确、可靠。这可能会提出一个问题：为什么研究人员要开发新的导航方法？

　　“我担心在没有备份的情况下过于依赖它，”导航算法专家桑德森说。

　　她说，GPS已经成为我们现代科技世界结构的一部分。作为一个社会，我们不断地与它联系在一起，无论是降落飞机，开车穿过城镇，绘制农作物产量或确定股票市场的交易时间。这种依赖让像桑德森这样的研究人员担心，如果这种联系被破坏，后果会怎样。

　　她说：“整个社会都能感受到失去GPS的影响。”GPS系统受到干扰并不罕见。在冲突地区附近飞行的飞行员越来越有可能失去GPS，或者发现GPS不可靠。没有GPS的飞机飞行时间越长，发生事故的风险就越高。

　　“商用GPS接收器容易受到几种不同的威胁，其中之一是干扰，”桑德森说。干扰器是一种用GPS频率上无意义的信号干扰接收器的设备，是非法的，但可以在商业上买到。

　　她说，另一个问题是欺骗，即使用假信号误导接收者，让他们相信自己在不同的位置。这种技术并不是什么秘密，游戏社区就用它在《pokemon Go》等基于位置的游戏中作弊。

　　桑德森说：“你可以下载一些真正的应用程序，让你伪造自己的位置，还有整个子版块专门向你展示如何在各种游戏中使用它。”

　　虽然欺骗游戏可能相对无害，但Sanderson强调，当针对车辆时，它可能会造成现实世界的后果。飞行员可能无法分辨信号是伪造的还是真实的，从而导致他们飞向错误的方向。

　　桑德森利用附近的非gps信号进行导航的想法并不是全新的。科学家们把它称为“机遇的信号”，但主要是在地面和地面附近研究它。有人提议让自动驾驶汽车在高楼大厦阻挡GPS信号的城市峡谷中行驶。

　　然而，这不是一项简单的任务。机会信号的接收器有时会测量无线电波的物理特性，而不是从GPS信号中提取时间和位置信息。

　　例如，他们可以利用所谓的多普勒效应。卫星向接收器移动时发出的无线电波在传播过程中被压缩，而远离接收器的卫星发出的无线电波则被拉伸。通过一些高级数学和足够的信号，科学家可以确定信号的来源并计算出接收器的位置。

　　桑德森和她的团队正在研究高海拔地区的机会信号导航。如果他们能从平流层收集到信号数据，他们或许就能开发出一种方法，利用大气无线电波网络来引导飞行器，比如飞机。“所以，我们把我们的有效载荷绑在这些气象气球上，然后把它们发射到空中，”她说。

　　有效载荷由连接在一对天线上的电子包和一个绝缘泡沫冷却器组成，它是理解云层上方信号的关键。卫星信号预计会很强，但由于锥形的传输模式在靠近信号源的地方变窄，可能会有死区。

　　卫星覆盖农村地区，比如新墨西哥州的大部分地区，可能太过分散而无法发挥作用。理论上可以计算蜂窝塔信号的强度，但需要对其进行表征才能在实际情况中使用。

　　“到目前为止，我们到达的最高高度大约是8万英尺。相比之下，我们看到的其他研究都集中在5000到7000英尺的地方。”

　　随着研究人员继续处理他们的第一批数据，他们期待着新的里程碑和新的挑战。

　　桑德森说：“导航的一个不太吸引人但非常重要的方面是了解所有的错误来源。”“我的目标是建立一个强大的数据集，为实时系统开发算法，使硬件测试能够使用实际的实时天空数据。”

　　最终，一个功能性的导航系统需要将信号与发射器实时匹配，然后计算相对于这些源的位置和速度。然而，在研究的早期阶段，她的团队正在使用参考数据手动将接收到的信号与附近的卫星进行匹配。

　　“这可能相当乏味。因此，我们需要解决的一个重要问题是使这一过程自动化。”

　　尽管面临挑战，她仍然保持乐观。

　　“虽然我们仍在处理飞行数据，但我们相信我们的初步调查结果表明，我们在大约82,000英尺的最高高度检测到手机信号塔信号信标。如果这些信号足够清晰，可以用于导航，它将显著改变我们对替代导航的看法，”桑德森说。

　　桑迪亚国家公司提供

　　部分实验室

　　引用手机信号能帮助飞机降落吗？研究人员仰望天空，以保护飞机免受GPS中断的影响（2024年10月22日）

　　作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司

　　内容仅供参考之用。