Навігація без GPS: як магнітне поле Землі керує дронами та поромами
Дрони, пороми та смартфони: магнітне поле замість GPS
Існує й активно використовується технологія навігації за магнітним полем Землі. Вона застосовується як заміна або як доповнення до GPS.
Наприклад, скандинавський пором Express 5 компанії Bornholmslinjen страхується від збоїв GPS (а вони трапляються) тим, що використовує навігацію MagNav. На відміну від GPS, магнітне поле Землі неможливо заглушити або підмінити — воно просто існує. Пором курсує одним і тим самим маршрутом, і загалом там навігацію можна реалізувати навіть за допомогою побутових риболовних ехолотів.
Втім, існує кілька стартапів, які застосовують цю технологію для навігації всередині приміщень, куди сигнал GPS не проникає. Заявляється точність навігації на рівні 1 метра — і це вже значно цікавіше.
GiPStech, Oriient, Mapsted.
В основі цієї технології лежить процес, що називається магнітним фінґерпринтингом. Інженери або роботи-картографи обходять будівлю зі смартфоном, фіксуючи унікальні спотворення магнітного поля в кожній точці. Ці спотворення створюються сталевим каркасом будівлі, арматурою в стінах і великим електрообладнанням. У результаті формується база даних, у якій кожній координаті (x, y, z) відповідає свій унікальний вектор магнітного поля (інтенсивність, нахил, відхилення).
Зібрані дані завантажуються в хмарну платформу компанії-провайдера. Там вони очищуються від шумів і «зшиваються» з цифровим планом поверху (Floor Plan). Коли користувач іде торговельним центром, його смартфон у реальному часі зчитує дані з вбудованого магнітометра. Спеціальне програмне забезпечення (SDK) порівнює поточні показники з тими, що зберігаються в базі даних. Щоб досягти точності 1–2 метри, система не покладається лише на магнітні дані. Вона використовує сенсорну ф’юзію — поєднує інформацію про магнітне поле з інерційними датчиками (акселерометр рахує кроки, гіроскоп визначає повороти) і іноді з сигналами Wi‑Fi/Bluetooth для грубої прив’язки до зони.
Для дронів ця технологія, ймовірно, зараз активно впроваджується. Головна технічна складність тут — власні завади та врахування того, що магнітне поле змінюється, а карти потрібно постійно оновлювати. Електрика й двигуни створюють потужні магнітні поля, які «забивають» природний фон Землі. Однак зазначається, що застосовуються різноманітні алгоритми фільтрації (зокрема з використанням нейромереж), які в реальному часі «віднімають» завади від моторів із загальних показників датчика.
Як я також розумію, на великих висотах (кілометри) магнітне поле є більш «гладким», тому точність нижча — близько 1–5 км. Але якщо дронів кілька і вони летять групою та обмінюються сигналами, то разом можуть забезпечити дуже високу точність для кожного з них. Крім того, група дронів може вимірювати градієнт (швидкість зміни) магнітного поля в просторі й прив’язувати місцезнаходження не до абсолютних значень, а до відносних. По суті, використання групи дронів перетворює навігаційну систему з набору окремих приймачів на розподілену фазовану антенну решітку, здатну фільтрувати глобальні завади та працювати з набагато слабшими корисними сигналами. З огляду на те, що невеликі дрони, здатні довго перебувати в повітрі, можуть запускатися сотнями й коштувати копійки, це доволі перспективний напрям для військових.
Є також цікавий стартап Zerokey. Вони випускають систему QUANTUM RTLS 2.0, яка забезпечує просторову точність 1,5 мм. Вона використовується, наприклад, на виробництві. В одному з їхніх роликів показано «годинник» на руці працівника, який відстежує коректність складання певного виробу на столі. Тут уже застосовується ультразвуковий принцип, і зрозуміло, що до цих «годинників» додаються стаціонарні датчики, а далі використовується мультилатерація.
