Czy GPS działa pod ziemią? – ograniczenia i alternatywy

Od początku XXI wieku lekkie, podręczne odbiorniki GPS stały się tanie i powszechnie dostępne. Dzięki sygnałom nadawanym przez szereg satelitów krążących wokół Ziemi, te małe urządzenia potrafią określić Twoją pozycję praktycznie wszędzie na powierzchni planety. Po ustaleniu pierwszej lokalizacji mogą śledzić ruch, wyliczać prędkość i wykonywać wiele innych obliczeń. Jednak technologia wymaga widoczności satelitów.

Ograniczenia

Istnieją miejsca, w których ręczne odbiorniki GPS nie działają lub działają bardzo słabo. W dużych budynkach, centrach handlowych, podziemnych kompleksach handlowych, tunelach, metrze czy naturalnych jaskiniach sygnał satelitarny jest zazwyczaj zbyt słaby, aby uzyskać wystarczającą liczbę satelitów do wyliczenia pozycji. Nawet na otwartym terenie wędrowcy mogą stracić sygnał pod skalistym nadwiskiem lub na dnie leśnego wąwozu. Jest to nieodłączna cecha technologii GPS.

GPS 101

Odbiorniki GPS pobierają sygnały z konstelacji zaawansowanych satelitów, pierwotnie umieszczonych na orbicie przez armię USA. Każdy satelita znajduje się na stałej, „geostacjonarnej” orbicie i posiada niezwykle precyzyjne zegary atomowe. Urządzenie porównuje odebrane sygnały, oblicza odległość od każdego satelity na podstawie różnicy czasowej i na tej podstawie wyznacza swoją pozycję. Gdy odbiornik zarejestruje sygnały przynajmniej trzech satelitów, potrafi podać współrzędne geograficzne; cztery lub więcej satelitów pozwalają także określić wysokość.

Dead Reckoning (śledzenie pozycji bez sygnału)

Po utracie sygnału, np. w tunelu, większość odbiorników nie wyświetla komunikatu o błędzie. Po ustaleniu początkowej pozycji urządzenie na bieżąco przelicza własne położenie, wykorzystując znaną prędkość i kierunek jazdy. Wiedząc, na jakiej drodze się znajduje i w jakim kierunku jedzie, GPS wykonuje „zgadnięcie” – tzw. dead reckoning – aż do momentu ponownego połączenia z satelitami.

Alternatywne rozwiązania

Istnieje kilka technologii, które mogą wspomóc nawigację pod ziemią. Japońska firma Aichi Steel opracowała system wykorzystujący pole magnetyczne Ziemi oraz akcelerometr, który w połączeniu z GPS zapewnia ciągłość nawigacji nad i pod ziemią. Szwajcarski projekt dla eksploracji jaskiń rozmieszcza cztery nadajniki w jaskini; odbiornik noszony przez eksploratora wysyła sygnał, który jest triangulowany przez te nadajniki, a następnie przekazywany do satelitów GPS, co umożliwia precyzyjne określenie pozycji.