Selv smartklokker skal kunne bruke forskernes teknologi til å tilby langt mer nøyaktig posisjonering. (Foto: UC Riverside)

GPS

Nå kan GPS-posisjonering bli mye mer nøyaktig

Uten at det krever mer prosessorkraft.

Stadig flere verktøy og tjenester avhenger av posisjonsdata. Nøyaktighetsbehovet varierer derimot mye. Mens missil i alle fall bør treffe riktig bygning, er det ikke så viktig hvilken side av byen mobilen din mener du befinner deg er i, når du sjekker værmeldingsappen

Posisjonsdataene kan også baseres på mange ulike kilder. Triangulering av signalene fra mobilmaster eller kjente WLAN-soner kan i mange tilfeller gi en god indikasjon, ofte også innendørs. Kreves mer nøyaktig lokalisering, må man gjerne bruke GPS (Global Positioning System) eller de tilsvarende russiske eller kinesiske posisjoneringssystemene, GLONASS og BeiDou.

Reelle tall som det amerikanske luftfartstilsynet, FAA, samlet inn for snart to år siden, viste at man i rundt 95 prosent av tilfellene oppnådde en posisjonsnøyaktighet på 3,3 meter eller bedre. Under registreringen ble det benyttet sivile GPS-mottakere med god kvalitet.

Med dårligere mottakere kan nøyaktigheten reduseres. Det samme kan forhold som atmosfæriske effekter, inkludert skydekke. Også GPS-signalene er i liten grad i stand til å trenge gjennom faste gjenstander.

Ikke nøyaktig nok

Nøyaktighet på meternivå er dog ikke tilstrekkelig for alle bruksområder. Dette gjelder også for relativt nye eller kommende teknologier som selvstyrende biler – noe som krever at bilen ikke bare vet hvilken vei den befinner seg på, men også i hvilken fil – og presisjonslandbruk.

Lenge har det derfor vært mulig å kombinere GPS-dataene med data fra andre kilder. Dette kalles ofte utvidede eller forstørrede systemer. Med slike systemer kan man i sanntid oppnå en nøyaktighet på noen få centimeter, og med etterbehandling på millimeternivå. Utfordringen med slike systemer er at de krever betydelig mer regnekraft enn de rene, satellittbaserte løsningene.

Nå kan det likevel se ut til at også små, batteridrevne navigasjonsenheter, inkludert smartmobiler og smartklokker, snart vil kunne levere langt bedre posisjonsnøyaktighet enn i dag, uten å bruke mer regnekraft og dermed strøm.

Omformulering

Forskerne ved University of California, Riverside (UCR), har nemlig utvidet det de hevder er en mer effektiv måte å prosessere dataene fra GPS på. Dette er gjort ved å formulere en serie med ligninger, som brukes til å bestemme GPS-mottakerens posisjon, på nytt. Dette har resultert at beregningene som er nødvendig for å oppnå centimeternøyaktighet, har blitt redusert.

Ifølge Jay Farrell, professoren i elektroteknikk og informatikk som har ledet forskningsarbeidet, vil kravene om posisjonen til en selvkjørende bil kunne oppnås ved å kombinere GPS-målinger med data hentet fra en enhet treghetsmåling (IMU – Inertial Measurement Unit) i bilen.

I et slikt system tilby GPS data for å oppnå høy nøyaktighet, mens IMU-en tilbyr data for å oppnå kontinuerlig høy samplerate og høy båndbredde.

En vesentlig faktor i det hele er at man kan oppnå det som omtales som «GPS carrier phase integer ambiguity resolution». Dette er nærmere beskrevet i den vitenskapelige artikkelen om prosjektet:

«Integer ambiguity resolution is a challenging technical issue that exists in real-time kinematic (RTK) global positioning system (GPS) navigation. Once the integer vector is resolved, centimeter-level positioning estimation accuracy can be achieved using the GPS carrier phase measurements.»

Kraftig redusert regnebehov

Ifølge Riverside-universitetet har det å kombinere GPS- og IMU-data på denne måten kostet mye regnekraft. Dette har begrenset den faktiske bruken av teknologi.

Men med tilnærmingen til forskningsgruppen ved UCR, skal antallet beregninger som er nødvendige for å oppnå posisjonsinformasjon være redusert med flere størrelsesordener.

– Det å oppnå dette nøyaktighetsnivået med beregningsbelastning som er egnet for sanntids bruksområder og lav-effekts prosessorer, vil ikke bare forbedre evnene til spesialiserte navigasjonssystemer, slike som brukes i selvkjørende biler og presisjonslandbruk, men vil også forbedre posisjonstjenester som er tilgjengelige gjennom mobiltelefoner og andre personlige enheter, uten økte kostnader, sier Farrell i en pressemelding.

I prosjektet har Farrell samarbeidet med de tidligere doktorgradsstudentene Yiming Chen og Sheng Zhao. Begge har nå mottatt sine doktorgrader og har blitt ansatt hos henholdsvis Qualcomm og Google.

Universitetets kontor for teknologikommersialisering har søkt om patent de nevnte oppfinnelsene.

Nye satellitter

Montering av den andre GPS IIF-satellitten ved Boeings integrasjons- og testanlegg i El Segundo, California.
Montering av den andre GPS IIF-satellitten ved Boeings integrasjons- og testanlegg i El Segundo, California. Bilde: SALLY ARISTEI 1381758
Nå skjer det også forbedringer på satellittsiden. Siden 2010 har det blitt sendt opp tolv nye GPS-satellitter i det som kalles for Block IIF-konstellasjonen. Den siste av disse kom på plass på i forrige uke. Disse satellittene skal blant annet sende ut kraftigere signaler enn de eldre satellittene. Til tross for målingene oppgitt tidligere i saken, sa direktøren for Global Positioning System Directorate nylig til pressen at det mulige posisjonsavviket har blitt redusert fra 90-100 centimeter i 2010 til 42 centimeter i januar i år på grunn av GPS IIF-satellittene.

Trolig er det snakk om hva som gjelder under ideelle forhold.

For avhengige

I fredstid kan de amerikanske, russiske og kinesiske posisjoneringssystemene til og med supplere hverandre. I en mer spent situasjon er ikke dette nødvendigvis tilfellet. Selv om USA sier at det ikke finnes planer om å skru av den sivile delen av GPS, kan man ikke ta for gitt at det ikke vil skje.

En annen mulighet er at GPS blir sabotert, enten fysisk eller ved hjelp av jamming. En solstorm kan også bidra at systemet mer eller mindre svikter. Bladet Vesterålen har nylig skrevet mer om sårbarheten til GPS i denne artikkelen.

Til tross for at også det kan få store konsekvenser for det norske samfunnet ved et langvarig utfall av GPS, ble den eneste reelle reserveløsningen, Loran-C, skrudd av i Norge på nyttårsaften 2015.

Til toppen