Robuust en nauwkeurig navigatiesysteem

Tue Feb 07 2023

02 07

Robuust en nauwkeurig navigatiesysteem

21/11/2022

Door Ad Spijkers

VSL, TU Delft en VU Amsterdam hebben een navigatiesysteem ontwikkeld, dat robuuster en nauwkeuriger is dan GPS.


     

De wetenschappers van de drie instituten hebben een alternatief navigatiesysteem ontwikkeld met een nauwkeurigheid van 10 centimeter. Dit systeem biedt een glimp van een toekomst waarin telecommunicatienetwerken niet alleen connectiviteit maar ook tijd- en locatie-afhankelijke toepassingen bieden met een nauwkeurigheid die veel hoger en sneller is dan die van satellietnavigatiesystemen zoals GPS.

Mobiel netwerk

Het systeem is geïmplementeerd in een hiervoor speciaal ontwikkeld mobiel netwerk. De resultaten vormen de eerste demonstratie van een systeem dat zowel connectiviteit kan bieden zoals mobiele en wifi-netwerken, als nauwkeurige plaats- en tijdinformatie zoals GPS. Verwacht wordt dat deze technologie van belang zal zijn voor toepassingen zoals automatisch rijdende voertuigen, quantumcommunicatie, duurzame energieopwekking en de volgende generatie mobiele netwerken.

De resultaten stromen voort uit het SuperGPS-project, een samenwerking tussen de VU Amsterdam, TU Delft en VSL, het Nationaal Metrologisch Instituut van Nederland. Het doel van het project was, een alternatief plaatsbepalingssysteem te ontwikkelen op basis van het mobiele netwerk in plaats van satellieten. Dit alternatief is bovendien robuuster en nauwkeuriger is dan GPS.

Groeiende behoefte

Veel vitale infrastructuur is afhankelijk van satellietnavigatiesystemen zoals het Amerikaanse GPS en het Europese Galileo. Deze systemen kennen echter beperkingen en kwetsbaarheden. De ontvangen radiosignalen zijn zwak, en de plaatsbepaling wordt onnauwkeurig wanneer de radiosignalen door gebouwen worden gereflecteerd of geblokkeerd. Daarbij is het een punt van toenemende zorg van de nationale autoriteiten dat steeds meer radiogolven worden gestoord door (illegale) stoorapparatuur.

Flink wat vitale infrastructuur maar ook burgers en autoriteiten, zijn afhankelijk van GPS en vergelijkbare satellietnavigatiesystemen. Maar er is geen backup-systeem. De onderzoekers realiseerden zich dat ze met een paar slimme innovaties het telecommunicatienetwerk konden transformeren in een nauwkeurig alternatief voor GPS.

Hybride glasvezel-draadloos

Een van de innovaties bestaat uit het aansluiten van een nauwkeurige atoomklok op het mobiele netwerk. Hierdoor kan het systeem perfect getimede berichten versturen voor plaatsbepaling, net zoals GPS dat doet met behulp van atoomklokken in de satellieten. Deze aansluiting maakt gebruik van het bestaande glasvezelnetwerk.

Met deze techniek kunnen de onderzoekers het netwerk veranderen in een landelijke gedistribueerde atoomklok, met nieuwe toepassingen zoals nauwkeurige plaatsbepaling. Met het hybride glasvezel-draadloze systeem dat ze nu hebben ontwikkeld, kan in principe iedereen toegang krijgen tot deze atoomtijd. Het biedt een extreem nauwkeurige radioklok die tot op een miljardste van een seconde gelijk loopt.

Bovendien maakt het systeem gebruik van radiosignalen met een veel grotere bandbreedte dan gebruikelijk. Dit helpt om verwarrende reflecties in de navigatieapparatuur te herkennen, waardoor de plaatsnauwkeurigheid kan worden verhoogd. Tegelijkertijd is bandbreedte in het radiospectrum schaars en daardoor duur. Dat wordt omzeild door middel van signalen in een aantal smallere bandbreedtes, verspreid over een grote 'virtuele' bandbreedte. De signalen gebruiken hierdoor maar een klein deel van het radiospectrum en lijken meer op wat nu gebruikt wordt in mobiele netwerken.

De resultaten zijn mede mogelijk gemaakt door subsidies van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), domein Toegepaste Technische Wetenschappen. De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.

Ill.: VSL