Почему GPS работает в метро Токио, но не в деревне под Рязанью?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

На первый взгляд, вопрос звучит абсурдно. Как может работать спутниковая навигация под землёй, да ещё в многомиллионном городе, где бетонные стены, электромагнитные помехи и плотность населения запредельные? И почему в российской деревне, где поле до горизонта, сигнал то и дело пропадает?

Как работает GPS — и почему он уязвим

Спутниковая система навигации GPS (и её аналоги — ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou) основывается на приёме сигналов от спутников, находящихся на высоте около 20 тысяч километров. Чтобы определить точное местоположение, смартфону нужно «видеть» минимум четыре спутника одновременно. Это возможно только при прямой радиовидимости, то есть — если над вами открытое небо.

Сигнал GPS слабый. Его мощность на уровне минус 130 децибел — это в тысячи раз слабее сигнала от обычной радиоантенны. Он легко глушится стенами, крышей дома, листвой деревьев. И уж точно не проходит сквозь землю или бетон тоннеля. Именно поэтому GPS не работает под землёй нигде ни в Рязанской области, ни в центре Токио.

Почему же в токийском метро GPS вроде бы работает

Ключевое слово — «вроде бы». На самом деле в токийском метро работает не спутниковая навигация, а сложная система имитации, основанная на нескольких технологиях. Во-первых, в тоннелях и на станциях размещены специальные радиокабели, называемые leaky feeder — «протекающие антенны». Это кабели, которые не просто передают сигнал, но и «выпускают» его наружу вдоль всей своей длины. Их используют для ретрансляции мобильной связи и псевдо-GPS. Так телефон продолжает получать навигационный сигнал даже под землёй не от спутника, а от ближайшего кабеля.

Автор: Centers for Disease Control and Prevention Источник: commons.wikimedia.org

Во-вторых, в метро используются Wi-Fi-точки и Bluetooth-маячки. Смартфон сканирует уровень сигнала от них, сравнивает с заранее записанной картой и определяет, на какой станции вы находитесь, в каком направлении движетесь и на каком уровне. Это называется Wi-Fi fingerprinting, и эта технология сегодня применяется не только в метро, но и в торговых центрах, музеях, аэропортах.

Третья технология — инерциальная навигация. Современный телефон знает, где он был, и с помощью гироскопа, акселерометра и шагомера может примерно рассчитать, куда и насколько он сместился. Это позволяет «дотянуть» позиционирование даже при отсутствии сигнала например, если вы находитесь в движущемся поезде.

Кроме того, в Японии применяют систему IMES — это японская разработка, которая имитирует GPS-сигнал, используя локальные передатчики. Смартфон воспринимает их как спутники, но на деле это обычные внутренние источники сигнала. Такая система работает только в определённых местах, например, на станциях метро.

И наконец, есть экспериментальные технологии, основанные на геомагнитном позиционировании и световых маяках. Геомагнитное поле Земли слегка меняется в зависимости от окружения — металлических конструкций, электропроводки. Эти изменения можно «снять» и использовать как уникальный отпечаток местности. А световые маяки — это особые лампы, которые мигают на определённой частоте, незаметной глазу, но различимой камерой смартфона. Это тоже позволяет понять, где находится пользователь. Все эти методы вместе создают иллюзию работы GPS в подземке. Но к настоящим спутникам они отношения не имеют.

Автор: PekePON (talk) Источник: commons.wikimedia.org

Что происходит в деревне под Рязанью

В сельской местности под Рязанью никакой инфраструктуры, имитирующей GPS, нет. Есть только сам сигнал от спутников. Поэтому, если вы находитесь на улице, всё прекрасно. Чистое небо, минимум помех, и даже в лесу GPS часто работает. Хотя листва также может глушить сигнал. Но стоит зайти в дом, особенно с железобетонными перекрытиями, или спуститься в погреб и сигнал исчезает. Телефон не может «догадаться», где вы, потому что вокруг нет ни Wi-Fi-точек, ни ретрансляторов, ни даже стабильной сотовой связи.

Автор: ИИ midjourney Источник: www.midjourney.com

При этом стоит отметить, что качество GPS в деревне на открытом воздухе, как правило, выше, чем в центре мегаполиса. В городе сигнал может отражаться от зданий, запаздывать, искажаться — возникает эффект «городского каньона». А в деревне на открытой местности этого нет. GPS там работает честно, без подмен и технологий-помощников, когда видно небо.

Вывод

Настоящий GPS работает только там, где смартфон может видеть небо. Всё, что происходит под землёй — это сложная комбинация ретрансляторов, датчиков и математических моделей. В Токио навигация под землёй работает не потому, что японские спутники сильнее, а потому что инженерная инфраструктура в метро умнее. В деревнях таких технологий нет и не нужно их винить за это. Просто там в основном всё зависит от природы, а не только от техники.

Изображение в превью:
Автор: ИИ midjourney
Источник: www.midjourney.com

5 комментариев

Добавить комментарий

E
Рязань это проклятое место ) все засылают и засылают губернаторов 😁 местных уже давно не было 😁
SgtHartman
Это по всей стране так, в рамках борьбы с коррупцией. Думают что варяг не успеет на месте корнями врасти, как его дальше отправят.
s
Борьба с коррупцией? Только у нас проводят выборы и как то выбирают не местных, причём было даже поставили временного и потом он чудом остался, это и есть коррупция и никто с ней не борется. Так бы давно решили проблемы с долгостроями и другими проблемами регионов. Попробуй записаться на приём к местному от района депутату, он принимает только пару дней и пару часов на весь район.
SgtHartman
Заголовок противоречит содержанию статьи. В доме кстати спутники нормально ловит. В лесу же впервые GPS испытал на коммуникаторе году примерно в 2008 — Навител вполне находил спутники, но да, сквозь густую крону сигнал слабо пробивался.
19241800@vkontakte
А поичём тут Токио? У нас тоже телефон по WiFi точкам и CellID сотовых сетей как минимум станцию в метро точно покажет.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Водяной клоп, который держит в страхе пресноводный водоем: как охотится Белостома

В тёплых прудах и заросших заводях прячется одно из самых необычных насекомых планеты — Белостома, гигантский водяной клоп. С виду клоп напоминает помесь таракана и богомола: плоское...

Что, если облака Венеры или камни Марса обитаемы? Найден единственный след, который не способна скрыть ни одна форма жизни

Все современные программы поиска жизни в космосе опираются на земной опыт. Космические агентства ищут планеты, которые находятся на комфортном расстоянии от своих звезд, где температура позволяет...

Уборка космоса отменяется: почему «орбитальные мусоровозы» не спасут нас от космического мусора

С декабря 2024 по май 2025 года спутники группировки Starlink выполнили 144 404 маневра уклонения от потенциальных столкновений. Согласно отчетам компании SpaceX для Федеральной комиссии по связи...

Земля сама себя подставила: почему сильнейшую за 20 лет магнитную бурю на 90% создало не Солнце

В середине мая 2024 года на Земле произошла крупнейшая за два десятилетия геомагнитная буря. Серия мощных выбросов плазмы из солнечной короны достигла нашей планеты 10 мая и вызвала...

В детстве вы осознавали мир глубже, чем сегодня: ученые выяснили, куда уходит острота восприятия

В возрасте 5 или 6 лет любое событие окружающего мира вызывает у человека сильный отклик и воспринимается во всех подробностях. Ребенок, который еще не знаком с законами физики и метеорологии,...

Остров Буве: можно пересечь океан и так и не сойти на берег

Экспедицию готовили два года. Двадцать участников, судно с вертолётами, оборудование и бюджет около 750 тысяч долларов. В начале 2018 года команда добралась морем до острова Буве. Оставалось...