Navigationssystem Ohne Satelliten auf zehn Zentimeter genau Orten

Von Sven Prawitz

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Niederländische Wissenschaftler haben ein von Satelliten unabhängiges Navigationssystem entwickelt. Die Daten liefern eine Atomuhr und Mobilfunksysteme.

Das Prototypsystem im Test auf dem Campus der TU Delft.
Das Prototypsystem im Test auf dem Campus der TU Delft.
(Bild: TU Delft)

Forscher der Technischen Universität Delft, der Vrije Universiteit Amsterdam und des Nationaal Metrologisch Instituut (VSL) haben ein alternatives Positionierungssystem entwickelt, das vor allem in städtischen Gebieten robuster und genauer sein soll als GPS. Das Besondere an dem System: Es kommt ohne Satelliten aus.

Die Forscher demonstrierten einen Prototyp, der eine Genauigkeit von zehn Zentimetern erreichen soll. Diese neue Technik sei wichtig für eine Reihe ortsbezogener Anwendungen, darunter automatisierte Fahrzeuge, Quantenkommunikation und Mobilfunksysteme der nächsten Generation. Die Ergebnisse wurden in „Nature“ veröffentlicht.

Perfektes Timing dank Atomuhr

Ziel des Projekts mit dem Titel „SuperGPS“ war es, eine Alternative zu GPS und Galileo zu entwickeln, das das Mobilfunknetz anstelle von Satelliten nutzt und das robuster und genauer als GPS sein könnte. Um das zu erreichen haben die Forscher das Mobilfunknetz mit einer sehr genauen Atomuhr verbunden. Per Mobilfunk könnten so perfekt getimte Nachrichten zur Positionsbestimmung gesendet werden, so wie es die GPS-Satelliten mit Hilfe der an Bord befindlichen Atomuhren tun. Diese Verbindungen werden über das bestehende Glasfasernetz hergestellt.

„Wir hatten bereits Techniken erforscht, um die von unseren Atomuhren erzeugte nationale Zeit über das Telekommunikationsnetz an andere Nutzer zu verteilen“, sagt Erik Dierikx vom VSL. „Mit diesen Techniken können wir das Netz in eine landesweit verteilte Atomuhr verwandeln. Mit dem hybriden optisch-drahtlosen System, das wir jetzt demonstriert haben, kann im Prinzip jeder drahtlos auf die am VSL erzeugte nationale Zeit zugreifen. Es bildet im Grunde eine extrem genaue Funkuhr, die bis auf eine Milliardstelsekunde genau ist.“

Aufbau des Netzes für eine Ortung im Dezimeterbereich in städtischen Umgebungen.
Aufbau des Netzes für eine Ortung im Dezimeterbereich in städtischen Umgebungen.
(Bild: Stefan Timmers, TU Delft)

Große Bandbreite blendet Reflexionen aus

Darüber hinaus verwendet das System Funksignale mit einer viel größeren Bandbreite als üblich. „Gebäude reflektieren Funksignale, was Navigationsgeräte verwirren kann. Die große Bandbreite unseres Systems hilft, diese verwirrenden Signalreflexionen auszusortieren, und ermöglicht eine höhere Positionsgenauigkeit“, erklärt Gerard Janssen von der Technischen Universität Delft. „Gleichzeitig ist die Bandbreite im Funkspektrum knapp und daher teuer.“ Die Forscher umgehen dies, indem sie eine Reihe von zusammenhängenden Funksignalen mit geringer Bandbreite verwenden, die über eine große virtuelle Bandbreite verteilt sind. „Das hat den Vorteil, dass nur ein kleiner Teil der virtuellen Bandbreite tatsächlich genutzt wird und die Signale denen von Mobiltelefonen sehr ähnlich sein können.“

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