3D-Antenne verbessert GPS
Die Satellitennavigation ist in dicht bebauten Städten vergleichsweise schlecht. Die US-Luftwaffe arbeitet an einer Lösung, die sogar in Innenräumen funktionieren soll.
- Tom Simonite
Die Satellitennavigation ist in dicht bebauten Städten vergleichsweise schlecht. Die US-Luftwaffe arbeitet an einer Lösung, die sogar in Innenräumen funktionieren soll.
Ein neues Antennendesign, das momentan von der amerikanischen Luftwaffe getestet wird, soll die Nutzung der Satellitennavigationstechnik GPS deutlich zuverlässiger machen – auch und insbesondere in Gebieten, wo derzeit nur schlechter Empfang herrscht. Unter Umständen könnte die neuartige Antenne sogar in Innenräumen Positionsdaten liefern.
Genaue GPS-Werte lassen sich in dicht bebauten Städten üblicherweise relativ schlecht erhalten: Die Signale der Satelliten werden von Gebäuden und anderen Strukturen reflektiert. Dies verwirrt die Empfangsmodule, die die Position ermitteln, in dem sie prüfen, wie die Signallaufzeiten der über ihnen befindlichen Satelliten sind.
Ein Signal, das reflektiert wird, benötigt länger als beim Direktempfang, was die Berechnung erschwert. Positionsangaben sind schlimmstenfalls um mehrere Hundert Meter fehlerhaft. Smartphones und Satellitenavigationssysteme müssen deshalb die Position anhand von Kartendaten korrigieren oder arbeiten mit Durchschnittswerten und anderen Signalquellen wie WLAN.
Am Air Force Institute of Technology (AFIT) wird nun versucht, mit einer Antenne, die die problematischen Multi-Path-GPS-Signale erkennen und ausfiltern kann, Abhilfe zu schaffen. Das Projekt basiert auf einem Design der australischen Firma Locata. Das AFIT testet derzeit ein fußballgroßes Prototypsystem und will daraus Versionen bauen, die in Militärfahrzeuge, Flugzeuge und später auch in Helme passen.
Bei der zunehmenden Automatisierung von Flug- und Fahrzeugen wird das GPS-Signal immer wichtiger. Nunzio Gambale, Mitbegründer und Chef von Locata, meint, dass die derzeit bei der Air Force ausentwickelte Technik in einigen Jahren auch Endanwender erreichen könnte. Schließlich kommt GPS selbst auch aus dem militärischen Bereich. "Die Anforderungen des Militärs überschneiden sich mittlerweile mit den Vorstellungen, die Firmen wie Apple und Google haben. Jeder will diese Geräte auch in Innenräumen und städtischen Räumen zur Navigation nutzen, wo GPS nicht zuverlässig arbeitet."
Die Antennen von Locata enthalten zahlreiche verschiedene Elemente, die einzeln aktiviert werden können. Im aktuellen Prototypsystem stecken 80 davon, die zusammen eine Kugel bilden. Wenn jedes Element für jeweils eine Millisekunde angeschaltet wird, wird es möglich, nicht nur die Signalstärke, sondern auch die Richtung der einlaufenden Signale zu erfassen. Dabei werden die Signale der verschiedenen Antennenteile verglichen.
Das macht es möglich, Reflexionen zu ignorieren – und sich nur auf die Signale zu konzentrieren, die direkt von Satelliten kommen. "Es ist so, als würde man GPS die Augenbinde abnehmen", sagt Gambale. Er glaubt, dass das neue Antennendesign unter bestimmten Umständen auch die Nutzung von GPS in Innenräumen erlaubt, wo Multi-Path-Effekte extrem stark sind und die Satellitensignalisierung extrem schwach.
Die Idee, Antennen aus mehreren Elementen zu bauen, ist nicht neu. Doch solche Ideen nutzen normalerweise je ein Funkteil pro Element, so dass verschiedene Elemente so miteinander interagieren, dass eine komplexe Signalverarbeitung notwendig ist. Bei Locata reicht ein Funkteil. Die Sequenz der Signale, die von den verschiedenen Antennenelementen kommt, lässt sich relativ einfach verarbeiten.
Todd Humphreys, Professor am Geopositioning Lab der University of Texas, meint, dass das Design von Locata vielversprechend sei. Gut sei vor allem der vergleichsweise günstige Preis. Problematisch sei allerdings noch, dass die Antenne selbst relativ groß sein müsse, so dass die Idee derzeit nur im Militärbereich sinnvoll sei.
Locata überlässt es dem AFIT, die 3D-Antenne fertigzustellen. Gambale zufolge konzentriert sich die Firma mittlerweile auf Technik, die GPS-Konkurrenzsysteme verbessern helfen soll. Dabei werden unter anderem kleine Funkfeuer verwendet, um Positionen auf Zentimeter genau zu bestimmen. Das US-Militär ist bereits interessiert. (bsc)
