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导航B方案
GPS仍然是导航的A计划，但如果它失败了，B计划是什么?
来源:Physorg.com
任何使用过全球定位系统(GPS)导航仪的人都知道，该系统能够精确地告诉你你在哪里——而且，最有可能的是，当设备无法工作时，他们会遇到挫折。然而，对于使用GPS数据进行关键任务应用的军方来说，比如目标跟踪、导弹制导，以及仅仅是在外国地区四处走动，GPS故障可能是生死攸关的问题。这就是为什么军事研究人员，如空军技术学院(AFIT)一直在探索全球定位系统的替代方案。
“13年前，很多[军方]的重点仍然是将GPS部署到我们的系统中，但我们展望未来，说，‘如果GPS无法使用，我们该怎么办?“说约翰Raquet他是AFIT电气工程教授，负责该研究所的研究先进导航技术中心．
由于GPS完全依赖于卫星信号，而卫星信号需要几个绕地球运行的卫星和接收器之间有一条视线线，因此GPS经常在地下或高层建筑之间失效。然而，即使没有阻碍，问题也会出现:卫星信号相对较弱，使其成为恶意干扰(“干扰”)和欺骗攻击的目标。
当然，在GPS开始使用之前，粗糙的导航选项已经存在了几个世纪:经典的待机选项是航位推测法根据从已知起点出发的估计距离和漂移角度，航海家可以计算出自己当前的位置。但即使有相当精确的运动传感器(加速度计)和旋转传感器(陀螺仪)，航位推算也是出了名的不可靠，因为它的误差会迅速滚雪球。因此，尽管加速度计和陀螺仪仍然是现代惯性测量单元(imu，报告车辆的位置、速度和方向)的核心，但对更高精度的需求促使Raquet和他的学生等研究人员增加imu的数据，以获得当前位置的额外线索。
到目前为止，Raquet团队的46篇硕士或博士论文的基础是一种很有前途的方法，结合惯性传感器与视觉传感器在美国，安装在飞机上的摄像头可以在飞机移动时拍摄不断变化的照片。这种方法比GPS更安全，因为正如拉奎特所说，“很难干扰摄像头。”研究人员利用现有的硬件和传感器——创造出拉奎特所说的“实质上是增强了的无线电控制飞机”——并创建一个算法来处理导航数据。
是算法决定了这些系统的成败，他说托德·汉弗莱斯他是德克萨斯大学奥斯汀分校无线电导航实验室主任，也是航空航天工程和工程力学教授。他解释说，如果你已经规划好了一个区域，你可以使用摄影测量将相机的图像与这些已知位置相匹配，在这种情况下甚至不需要惯性测量。如果您处于一个不熟悉的环境中，您可以使用可视化同时定位和映射(大满贯)，这是一种机器人技术，用于将地图拼接在一起并控制漂移。汉弗莱斯说:“真正的诀窍是构建能够实时做到这一点的算法，但现在，只要探索得足够充分，一切都在漂移和失败。”
另一种常见的方法，被Raquet和许多其他研究人员使用，是听各种各样的“信号的机会，例如FM无线电信号的广播目的与导航无关，但却提供了有用的位置数据。地球磁场提供了一个这是机会的自然信号不过，要想对军事应用有用，磁场变化图必须比目前的形式详细得多。“对于自然信号，世界模型往往非常复杂，需要非常大的数据库，”Raquet说。“要制作一幅大型地图，你几乎必须有大量的车辆收集大量(磁力计读数)，并建立一个大型数据库。”
拉奎特说，近年来，组装如此大型协作数据库的能力是使新导航工具更容易开发和测试的技术之一。也许最大的好处是越来越小、低功率和高效的传感器。“想想摄像头，”拉奎特说。“20年前，数码相机很难买到，而且很贵，而现在我们大多数人都把一个非常好的数码相机放在口袋里，放在手机里。”
与此同时，信号处理器已经跟上了摩尔定律的步伐，因此，10年前图像数据必须等到所有数据收集完毕后才能进行处理，而现在一些相同的图像处理算法可以实时运行。
每一个提出的解决方案都有它的缺点，正确的方法取决于环境的特点，Raquet说。相机可能很难被干扰或欺骗，但在云层中它就没什么用了。这就是为什么导航器能够访问多个系统是很有帮助的。拉奎特说:“假设你正在开车，你正在使用GPS，然后它就消失了。”“现在也许你可以使用调频广播或电视台等机会信号，但当你到达一个没有这些电台的地区时，你可能会回到更倾向于预测死亡的系统。”
尽管GPS有很多缺点，但它仍然是首选方案。汉弗莱斯说:“另一种方法可能更安全、更可靠，但没有一种方法能像GPS那样在全球范围内实现，而且成本低廉、精度高。”“但如果你不信任GPS，你最终只能将就。”
总部设在旧金山，玛丽娜Krakovsky她是《金钱实验室的秘密:行为经济学如何改善你的生意》一书的合著者。
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