Istraživači su razvili algoritam koji može da „prisluškuje“ bilo koji signal sa satelita i da ga koristi za lociranje bilo koje tačke na Zemlji, slično kao GPS. Studija predstavlja prvi put da je algoritam bio u mogućnosti da iskoristi signale koje emituju sateliti sa više sazvežđa u niskoj orbiti Zemlje (LEO), odnosno Starlink, OneVeb, Orbcomm i Iridium.
Istraživači su otkrili da je slušanjem signala osam LEO satelita u trajanju od oko 10 minuta, njihov algoritam mogao postići neviđenu preciznost u lociranju stacionarnog prijemnika na zemlji i bio je u stanju da se na njemu konvergira sa greškom od samo oko 5,8 metara.
Istraživanje, koje je vodio Zak Kassas, profesor elektrotehnike i računarstva na Državnom univerzitetu u Ohaju i direktor Odeljenja za transportni centar za istraživanje automatizovanih vozila sa multimodalnom osiguranom navigacijom (CARMEN), predstavljeno je prošle nedelje na IEEE/ION Position Konferencija o lokaciji i navigaciji (PLANOVI) 2023. u Montereju, Kalifornija. Zajedno sa dr. Ohajo State Ph.D. studenti Sharbel Kozhaia i Haitham Kanj, list, koji je demonstrirao prvu eksploataciju nepoznatih OneVeb LEO satelitskih signala, osvojio je nagradu za najbolji studentski rad na konferenciji.
Istraživačima nije bila potrebna pomoć satelitskih operatera da koriste signale, i naglasili su da nemaju pristup stvarnim podacima koji se šalju preko satelita – samo javno dostupnim informacijama u vezi sa frekvencijom prenosa satelita na dovnlink-u i grubom procenom lokacije satelita.
Od transporta preko komunikacionih sistema do električne mreže i hitnih službi, skoro svaki aspekt modernog društva oslanja se na podatke o pozicioniranju, navigaciji i vremenu iz globalnih navigacionih satelitskih sistema (GNSS), ili GPS-a, koji kruže oko Zemlje. Uprkos tome, pošto su signali GPS sistema slabi i podložni smetnjama, često mogu postati nepouzdani na određenim mestima kao što su zatvoreno okruženje ili duboki urbani kanjoni. Pored toga, GNSS signali su lažni, što predstavlja ozbiljne bezbednosne rizike u aplikacijama koje su kritične za bezbednost, kao što je vazduhoplovstvo.
Dugoročno, takve komplikacije mogu dovesti do brojnih navigacionih i sajber-bezbednosnih problema, posebno pošto se praktično svi naši trenutni sistemi u velikoj meri oslanjaju na GPS, rekao je Kasas. Tehnologije u usponu, kao što su autonomna vozila, primetio je, počinju da pojačavaju ograničenja naših trenutnih GNSS sistema.
„Postaje sve hitnije pronaći civilne i vojne alternative GPS-u, bilo kao rezervnu kopiju ili u slučaju kada GPS uopšte ne postoji“, rekao je Kasas.
Ova studija se zasniva na prethodnim istraživanjima Kasasove laboratorije koja je koristila samo šest satelitskih signala SpaceKs-a da bi precizno odredila lokaciju unutar 10 metara, koja je nedavno smanjena na 6,5 metara.
„Studija Starlink je zagrebala površinu onoga što je moguće“, rekao je Kasas.
Njegov rad predlaže korišćenje signala sa LEO satelita kao alternative za ljudske potrebe za pozicioniranjem, navigacijom i merenjem vremena, jer se oni nalaze oko 20 puta bliže Zemlji u poređenju sa GNSS satelitima, koji se nalaze u srednjoj Zemljinoj orbiti — nešto više od 20.000 kilometara iznad Planeta. Prema Kassasu, tehnologija bi potencijalno mogla da uvede novu eru pozicioniranja, navigacije i vremena.
„Svedoci smo svemirske renesanse. Desetine hiljada satelita LEO biće lansirano u svemir tokom naredne decenije, što će dovesti do onoga što se naziva mega-sazvežđa“, rekao je on. „Signali koje emituju ovi sateliti će revolucionisati brojne tehnologije i koristiti naučnim istraživanjima u oblastima kao što je daljinska detekcija.
Ono što ovu studiju čini toliko drugačijom od svih drugih pokušaja stvaranja alternative GPS-u je, za razliku od prethodnih studija, ovaj algoritam ne vrši obrnuti inženjering signala, rekao je Kasas.
„Naš algoritam je agnostičan prema LEO sazvežđu“, rekao je Kasas. „Naš prijemnik može da sluša praktično bilo koji satelitski signal, trenira na podacima koje prima u hodu, a zatim dešifruje određene karakteristike signala na način na koji možemo da rekonstruišemo ono što oni emituju u podatke o lokaciji. Da bi demonstrirao novi pristup tima, tim je primenio algoritam na četiri različite LEO satelitske konstelacije: Starlink, OneVeb, Orbcomm i Iridium. Algoritam je razbio sve ove signale, praktično bez prethodnog znanja o tome šta se prenosi.
Pored toga, njihov algoritam je toliko sofisticiran da su istraživači takođe mogli da procene gde se sateliti nalaze u svemiru. Da bismo koristili satelit da bismo se pozicionirali, moramo da znamo gde se satelit nalazi. „To je veoma izazovan problem jer LEO sateliti obično ne emituju svoju lokaciju, a naše javno dostupne procene o tome gde se nalaze su udaljene za nekoliko kilometara“, rekao je Kasas.
Tokom stacionarnog eksperimenta da testiraju kako signali funkcionišu kao tačan sistem za pozicioniranje, istraživači su postavili početnu procenu položaja zemaljskog prijemnika na krov inženjerske parking strukture na Univerzitetu Kalifornije, Irvine, na mestu udaljenom više od 2.000 milja od stvarnog pozicija: krov laboratorije za elektronauku (ESL) države Ohajo u Kolumbusu, Ohajo. Koristeći satelitske konstelacije da pogodi gde se tačno u zemlji nalazi prijemnik, algoritam je bio isključen samo za oko 5 metara.
U drugom eksperimentu, istraživači su testirali kako će se algoritam ponašati na vozilu u pokretu i postavili prijemnik na vrh automobila. Prvo, koristili su današnju navigacionu tehnologiju, koja se oslanja na GPS prijemnik u kombinaciji sa inercijalnim navigacionim sistemom (INS). Navigirali su oko 100 metara pre nego što su isključili GPS, nakon čega su se vozili skoro kilometar. Utvrdili su da se oslanjanjem na današnji GPS-INS sistem za njih kaže da se nalaze na oko 500 metara od svoje prave lokacije, ali su njihovim algoritmom pronađeni na oko 4,4 metra. „Naš rezultat je pokazao da se naš sistem približava onome što danas možete da uradite sa GPS-om“, rekao je Kasas.
Iako je patent za algoritam podnet, tim planira da nastavi da razvija sve tehničke sposobnosti algoritma, rekao je Kasas.
„GPS je veoma zreo sistem kome verujemo u svoje živote“, rekao je on. „Da bismo mogli da verujemo novim vrstama signala u naše živote, moraće biti više studija o njihovoj tačnosti, integritetu i kontinuitetu.“
