Сигнали Starlink і висотомір використовували для геолокації з точністю в кілька метрів

Американські інженери показали, що сигнали інтернет-супутників Starlink можна використовувати для геолокації за допомогою аматорського радіообладнання. Записавши сигнали шести супутників, що пролітають, вони розрахували місце розташування в просторі з помилкою в 33,5 метра, а при використанні висотоміру і позиціонуванні на площині помилка зменшилася до 7,7 метра. Стаття опублікована в, а також доступна на сайті Каліфорнійського університету в Ірвайні.

GPS, ГЛОНАСС та інші глобальні супутникові навігаційні системи працюють наступним чином. Перебуваючи на орбіті, супутники транслюють сигнал, що містить дані про час його випускання. Отримавши цей сигнал, приймач може порівняти його з власним часом і за швидкістю поширення радіохвиль розрахувати відстань до супутника. А отримавши сигнали від хоча б чотирьох супутників, він може розрахувати своє місце розташування. Супутники GPS і ГЛОНАСС знаходяться на висоті 19-20 тисяч кілометрів, тому сигнал доходить з не дуже високою потужністю і дослідники вже досить давно вивчають можливість використання низькоорбітальних апаратів, розташованих набагато ближче до Землі.

В останні роки поштовх цьому напрямку дали нові великі угруповання інтернет-супутників, такі як Starlink, OneWeb і кілька планованих, у тому числі Kuiper від Amazon. Потенційно близьке розташування до поверхні Землі і потужний прийманий сигнал можуть підвищити якість супутникової навігації, але фактично існуючі системи не «заточені» під таке використання, тому класичний метод з прийомом сигналів про час з ними не працює. Раніше дослідники пропонували альтернативні методи, для яких необов'язково знати вміст сигналів, але до Starlink їх поки не застосовували.

Дослідники під керівництвом Захера Кассаса (Zaher Kassas) з Каліфорнійського університету в Ірвайні навчилися розраховувати місце розташування за сигналами Starlink, не маючи інформації про його вміст. Вони виявили, що в сигналі супутників на частоті 11,325 гігагерц є дев'ять несучих піків сигналу. Автори вирішили розраховувати місце розташування за допомогою відстеження фази несучої, методу, що використовується для підвищення точності GPS-вимірювань до десятків сантиметрів. Вони доповнили його адаптивним фільтром Калмана для підбудови частоти через допплерівський зсув сигналу від супутників.

Інженери використовували для експериментів програмно визначену радіосистему (SDR) і доступну антену для Ku-діапазону. Положення супутників вони дізналися по загальнодоступній базі TLE-даних. Система записувала сигнали протягом 800 секунд. Після запису вони розрахували координати з помилкою в 33,5 метра, якщо розглядати тривимірне місце розташування і 25,9, якщо розраховувати положення в площині. Додавши дані з висотомера, що прибирають невизначеність по висоті, вони домоглися помилки в 7,7 метра.

Автори розповіли Ars Technica, що записували сигнали від шести супутників по черзі, тому що поки над їхньою місцевістю не пролітає така кількість апаратів одночасно, але в міру зростання Starlink їх має стати більше, що підвищить точність геолокації. Крім того, вони готують новий експеримент, в якому будуть ловити сигнал від чотирьох супутників одночасно і розраховувати місце розташування в реальному часі.

Одна з проблем використання GPS і його аналогів у великих містах полягає в тому, що сигнал відображається від будівель, тому розрахунки відбуваються з помилками. Торік Google почала додавати в Android моделі будівель у деяких містах, щоб враховувати їх при розрахунку координат.