Fungerar GPS under jorden?

Sedan början av detta århundrade har lätta handhållna GPS -enheter har blivit billiga och allmänt tillgängliga. Arbetar utifrån signaler som sänds av en serie av kretsande satelliter, dessa miniatyrenheter kan triangulera din plats var som helst på jordytan. När din ursprungliga position är fastställd, de kan också spåra dina rörelser, bestäm din hastighet och utför många andra beräkningar. Dock, tekniken kräver siktlinjer med satelliterna.

Begränsningar

Det finns flera platser där handhållna GPS -enheter inte fungerar eller fungerar dåligt. Om du är inne i en stor byggnad eller ett köpcentrum, det är liten chans att din GPS -enhet kommer att kunna fixa tillräckligt med satelliter för att beräkna din position. Detsamma gäller om du är under jorden, om det är i ett underjordiskt shoppingkomplex, en tunnel, en tunnelbana eller en naturligt förekommande grotta. Även vandrare ovan mark kan ibland befinna sig utan en användbar signal om de befinner sig under ett stenigt överhäng eller längst ner i en skogbevuxen ravin. Det är en oundviklig begränsning av GPS -tekniken.

GPS 101

GPS -enheter samlar in signaler från en rad sofistikerade satelliter som ursprungligen placerades i omloppsbana av den amerikanska militären. Var och en befinner sig i en fast eller "geostationär" bana runt jorden och innehåller extremt exakta atomur. Din GPS jämför signalerna från flera satelliter, beräknar hur långt de är från sin egen inre tid, och använder dessa siffror för att identifiera din position. Varje gång din handhållna GPS kan låsa sig på signaler från tre satelliter, det kan berätta var på jordytan du befinner dig. Om den kan hitta signaler från fyra eller fler satelliter, det kan också berätta din höjd.

Dead Reckoning

Veta att, du kan förvänta dig att din GPS ger dig ett felmeddelande när du kör genom en tunnel eller på annat sätt tappar din signal. I praktiken, det brukar inte hända. När GPS:n har fastställt din ursprungliga position, det beräknar kontinuerligt din plats i realtid. Det ger din hastighet och färdriktning. När du går in i en tunnel, din enhet tappar kontakten med satelliterna. Dock, den vet hur snabbt du går, på vilken gata eller motorväg och i vilken riktning. Från det, din GPS gör en välutbildad gissning - traditionellt kallad "dödräkning" - om din position, tills den kan återupprätta kontakt med positioneringssatelliter.

Arbeta runt

Det finns ett antal applikationer för ett underjordiskt navigations- och lokaliseringssystem som liknar GPS, och flera rivaliserande tekniker har undersökts. Till exempel, Japanska företaget Aichi Steel utvecklade en enhet som beräknar en position med hjälp av jordens magnetfält och en accelerometer. I kombination med GPS -teknik, det skulle teoretiskt ge sömlös navigering över och under marken. Ett underjordiskt system utvecklat i Schweiz för grottutforskning placerar fyra sändare över grottan, som kan ansluta till GPS -satelliter på normalt sätt. De tar emot signaler från en sändare som utforskaren bär och kan triangulera den signalen för att ge en exakt position.