GPS替代方案利用宇宙射线进行地下或水下导航|环球讯息

来源：cnBeta 　2023-06-19 15:35:59

GPS是一种强大的导航技术，但它在建筑物内部、地下或水下的效果并不理想。现在，日本的工程师们已经开发并测试了一种替代技术，该技术利用宇宙射线来追踪建筑物下面的运动，其精确度为几米。

GPS使用一个由几十颗卫星组成的网络，在地球周围的精确轨道上运行，手机等设备的接收器不断监听这些卫星的信号。这些设备可以计算出它们离任何探测到的GPS卫星有多远，当它们接收到至少四颗卫星的信号时，设备可以确定其在地面上的相对位置，误差在几米之内。

(资料图片)

虽然这在日常使用中相当准确，但GPS信号会被岩石、水和墙壁等表面反弹，这意味着该系统在地下、水下、建筑物内甚至在密集的建筑区都会失去精确度。因此，东京大学的研究人员开发了一种新的技术，他们称之为μometric无线导航系统（MuWNS），其目的是在这些情况下更加精确。

MuWNS的关键是，它所追踪的"信号"可以直接穿过固体材料。这些信号是被称为μ介子的粒子，当宇宙射线进入地球大气层并与已经存在的粒子相互作用时产生，形成一连串的次级粒子。而且这种雨是持续不断的--据估计，地球表面的每一平方米每分钟都有大约10,000个μ介子被击中。

研究小组在一栋多层建筑深处测试了MuWNS，在那里普通的GPS将难以保持其精度。一名携带手持式μ介子探测器的科学家被送入一栋大楼的地下室，并通过大楼六楼的四个参考站对该探测器的位置进行跟踪。

这些参考站的功能就像GPS卫星一样--通过跟踪每个站和探测器拾取的μ子的路径，科学家的位置可以被高度准确地追踪到。该团队说，尽管如此，仍有很多改进的余地。

一张图说明了μometric无线导航系统（MuWNS）是如何工作的。绿色的点代表一栋大楼6楼的参考站，而白色的条纹表示μ介子。地下室中的红色箭头代表研究人员使用μ介子探测器的路径，而白色虚线表示MuWNS能够推断出的路径。

图中说明了缪斯无线导航系统（MuWNS）的工作方式。绿色的点代表一栋大楼6楼的参考站，而白色的条纹表示μ介子。地下室中的红色箭头代表研究人员用μ介子探测器走过的路径，而白色虚线表示MuWNS能够推断出的路径

"目前MuWNS的精确度在2米至25米（6.6至82英尺）之间，范围可达100米（328英尺），这取决于步行者的深度和速度，"该研究的主要作者Hiroyuki Tanaka教授说。"这与城市地区地上的单点GPS定位一样好，甚至更好。但它仍然远远没有达到实用水平。人们需要一米的精度，而这的关键是时间同步"。

研究人员说，这一点最终可以用适合便携式设备的原子钟来纠正，这种原子钟正在开发中，但目前价格太高，无法广泛使用。所用的其他部件已经能够被小型化。该实验也只是在事后跟踪研究人员的路径，但未来的工作将研究如何实时进行跟踪。

近年来，μ介子探测器还帮助科学家们窥视像吉萨大金字塔这样的固体结构内部，并测试一个在地下和水下工作的精确时钟同步系统。这项最新的实验表明，有一天这项技术可以帮助增强GPS在目前不能很好工作的地区的功能。

该研究发表在《iScience》杂志上（PDF）：

https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107000

推荐DIY文章