В MIT разработали систему позиционирования по Wi-Fi с дециметровой точностью
Спутниковая технология GPS отлично подходит для автомобильных навигаторов и отслеживания ракет, но в зданиях она практически не работает. Существуют различные «костыли» для навигации внутри помещений — триангуляцией от постоянно меняющих свои координаты окружающих хотспотов, через радиомаячки и т.д. Но вряд ли какой-то из этих способов сравнится по простоте в использовании и точности с новой технологией Chronos, разработанной в Массачусетском технологическом институте.
Система Chronos работает работает до гениального просто и эффективно. Основная идея в том, что приёмник и передатчик Wi-Fi эмулируют мультигигагерцовые широкополосные радиостанции и одновременно транслируют сигнал сразу во всех доступных диапазонах. В районе 2,4 ГГц и 5 ГГц есть 35 частотных диапазонов, на которых происходит трансляция.
На каждой частоте «накапливается» фаза с разной скоростью. Передатчик переключается между диапазонами каждые 2–3 микросекунды, и приёмник каждый раз сравнивает разность фаз. Таким способом система Chronos вычисляет точное расстояние между устройствами.
Например, если расстояние между приёмником и передатчиком 0,6 метра, то фазы на разных частотах совпадут через 2 наносекунды, как показано на иллюстрации.
Если на устройстве несколько антенн Wi-Fi, как на большинстве современных смартфонов и ноутбуков, то Chronos вычислит угол между устройствами, то есть в каком направлении они находятся друг от друга. Таким образом, зная координаты точки доступа можно определить точные координаты каждого смартфона/ноутбука, который подключается к этому хотспоту.
Размещение приёмников Wi-Fi во время эксперимента в реальном окружении
Во время эксперимента в реальном окружении вроде многокомнатной квартиры или кафе Chronos определял местоположение устройств на стандартном коммерческом оборудовании W-Fi с точностью в среднем по медиане 65 см в прямой видимости (LOS) и 98 см в непрямой видимости (NLOS), это в несколько раз точнее GPS.
Точность дистанцирования
Точность локализации
Авторы изобретения отмечают, что такой системе можно найти различные применения. Например, она может заменить пароли в условно открытых хотспотах. Хозяин кафе или квартиры настроит маршрутизатор таким образом, что подключиться к нему можно только изнутри периметра квартиры или кафе!
Другой вариант использования — в системах позиционирования мультикоптеров, чтобы аппарат автоматически сохранял безопасную дистанцию от человека (ну или наоборот — для самонаведения, в военных целях).
Поскольку поддержка Wi-Fi есть практически во всех смартфонах, то Chronos отлично подходит для систем внутреннего позиционирования.
Правда, в нынешней реализации есть определённые ограничения. Для активации системы придётся не только установить соответствующее приложение или осуществить апгрейд прошивки, но и провести однократную калибровку смартфона/ноутбука для конкретной точки доступа. Кроме того, процедура замера сигналов на всех частотах занимает около 0,1 с, так что возникает некоторая погрешность, если прибор двигается. Но в некоторых случаях эту погрешность несложно компенсировать, зная скорость и направление движения (например, в случае с летящим дроном).
Если всё пойдёт по плану, то через несколько лет такая технология может появиться в новых смартфонах.
