Сейчас доступно огромное количество навигационной техники, работающей на основе глобальной спутниковой системы. Точно узнать своё местоположение может каждый, специальных навыков не требуется. Между тем, интересно представить, как может быть устроен подобный по простоте применения навигатор, работающий без спутников GPS. И без использования наземных радиопередатчиков с известными координатами. (Мало ли – вдруг инфраструктура сломалась?)

Итак, речь о достаточно компактном электронном устройстве, которое выполняет функции типичного современного GPS-навигатора (карты, экран, показывает местоположение в реальном времени), но при этом не зависит от рукотворных внешних источников навигационной информации. Понятно, что электронная начинка, операционные системы подходят от современных навигаторов. С исходными картами тоже более или менее понятно: загрузили файлы в память, используем. Конечно, карты будут устаревать. Это особенно вероятно в ситуации, приведшей к разрушению важных для Цивилизации элементов инфраструктуры – GPS, сотовой связи. Они явно отключились неспроста. Но леса, реки, холмы, поля и озёра – заведомо остаются на своих местах. Как и многие здания, кстати. Да и прочие изменения происходят не столь быстро, чтобы картографические файлы оказались совсем бесполезны.

Прежде всего, навигатор должен иметь автономные высокоточные часы. Это основа. Вполне достижимая. Кроме того, для работы в реальном времени (запись траектории движения, информирование о тех или иных “точках интереса”) однозначно потребуется не менее автономная, чем часы, встроенная система инерциальной навигации. Гироскопы, акселерометры. Датчики такие есть, встроить их в корпус компактного прибора тоже возможно. Естественно, нужен и компас. А точнее – хорошие датчики магнитного поля Земли.

Главная проблема такая: как инициализировать инерциальную систему в начале работы, и корректировать её ошибки во время движения навигатора?

Первое, что приходит на ум – древняя и нерушимая схема: навигация по звёздам. Для работы потребуется чувствительная встроенная камера, лучше – три. Что, опять же, не является технологической проблемой. Используя атласы звёздного неба, данные о собственной ориентации в пространстве (гироскопы, акселерометры, компас) и точные часы, программное обеспечение навигатора сможет автоматически вычислить текущие координаты, если пользователь просто направит устройство камерами в сторону чистого ночного неба, ну и разрешит понаблюдать это небо несколько раз, через определённые промежутки времени. Фиксирование движения изображений звёзд позволит компенсировать неточности, присущие встроенным камерам – всё ж это не телескопы.

Впрочем, особенной точности тут добиться сложно. Но больших отклонений в работе инерциальной системы удастся избежать, а главное, появляется инструмент для её инициализации после сбоя или отключения для экономии батарей. Днём навигатору, для осуществления коррекции, остаётся наблюдать за Солнцем. Кроме того, заметные трудности возникнут, если небо затянуто облаками. Несколько дней подряд.

Есть второй метод: привязка к местности. На первый взгляд, тут тоже помогут камеры. Можно даже придумать разные алгоритмы взаимодействия пользователь – навигатор: “справа от вас находится крупный одиночный валун серого цвета, направьте камеру номер два в сторону этого валуна”, и так далее. Углы и расстояния навигатор может измерять, сравнивая полученные камерами изображения с данными карт: оптические параметры объектива камеры известны, поэтому измерение “расстояния” между двумя элементами карты на полученном изображении даёт расстояние до этих элементов от навигатора. Выбрать объекты можно попросить пользователя. Проблема не только в том, что карты обычно неточные, но и в том, что весьма непросто точно определить реальные границы опорных объектов (это могут быть, например, холмы, здания) на изображении.

Помочь может всё та же инерциальная система, ошибки в которой мы хотим корректировать. Предположим, пользователь плавно перемещает навигатор на некоторое расстояние, направив его камеры в заданную сторону. Инерциальная система позволит довольно точно определить пройденный “базис” и, в результате, получаем дальномер, который, при помощи измерения параллакса, вычисляет и расстояние, и угловые координаты опорных точек. Но точность всё равно оставляет желать лучшего. Данный метод корректировки зависит от степени детализации карты: может просто не найтись подходящих точек привязки.

Между прочим, для продвинутых пользователей, может быть доступен такой вариант калибровки: нужно отметить на карте точку, в которой в данный момент пользователь находится. Определить эту точку пользователю предстоит самому. На то он и продвинутый. Подошёл, скажем, к верстовому столбу, отметил “я стою здесь” на карте, всё – навигатор откалиброван.

Получается, что моментально получить координаты на карте в произвольном месте поверхности Земли, с точностью до нескольких метров, при помощи гипотетического портативного навигатора, не использующего GPS (и аналоги) – не выйдет. Что ж, поэтому и придумали спутниковую навигацию. Тем не менее, можно сконструировать автономный компактный навигатор, работающий без спутников, и выдающий пусть не сверхточную, но очень полезную информацию в режиме онлайн. Пока батарейки не сядут.



Комментарии (15) »

Кстати, есть целый класс занятных мини-роботов, предназначенных для бросания. Ну, не то чтобы ими кидались, но подразумевается, что данного робота можно рукой забросить в помещение через окно, или на крышу небольшого здания, или в какой-нибудь колодец. Робот управляется дистанционно, передаёт на пульт изображения с камер и сигналы с сенсоров: можно использовать для осмотра помещения, получения тактической информации.

На картинке один из таких роботов, который должен использоваться вооружёнными силами США – Armadillo. Производитель пишет, что устройство можно бросать “на бетон с высоты 2,5 метра” или “горизонтально на 8 метров”. Наверное, подразумевается, что горизонтальный бросок на такое расстояние подразумевает перегрузки, сравнимые с падением с 2.5 метров.

Вот. Вес – 2,5 килограмма. Понятно, что тяжёлый, если рассматривать как элемент постоянного снаряжения, но перенести можно без затруднений. (Сколько весит пульт? И, как говорится, запасные батарейки?) Размеры – примерно 26х28 сантиметров. В общем, небольшая штука. Заявленная дальность связи – 300 метров в открытом пространстве. Видимо, штука использует какой-то вариант WiFi для связи с консолью оператора. Но, обратите внимание: диапазон рабочих температур только -5..+55 градусов Цельсия. Это ж безобразие, особенно нижний предел.



Комментарии (3) »

Одно из весьма занятных и новых технологических направлений – создание систем, обеспечивающих невидимость (“настоящую”, в широком диапазоне частот ЭМ-излучений). Наверное, более или менее практические решения тут появятся сильно раньше, чем даже летающие автомобили. Интересно, при помощи каких устройств будут обнаруживать невидимок?

Например, подойдут специальные лазерные “стробоскопы”, выдающие сверхкороткие импульсы (пикосекунды?) и не менее быстрые сенсоры, фиксирующие отражения этих импульсов. Кстати, в конце прошлого года много обсуждали сверхбыструю “видеосъёмку” (как оказалось, вовсе она не “видео-“, но это не так важно), позволившую сгенерировать ролик, который показывал, как распространяется лазерный луч, освещающий “лабораторную” пластиковую бутылку. (Подробнее об этих экспериментах написано в блоге Игоря Иванова.) Есть довольно старая идея: если учитывать, что прикрытые плащами-невидимками объекты сами по себе никуда из пространства не исчезают, то зондирующий импульс будет проходить дополнительный путь, огибая скрытый объект. Требующееся для этого время, пусть и очень небольшое, можно измерить. Если таким образом быстро сканировать пространство вокруг короткими импульсами (что сильно повысит точность измерений), то появляется инструмент, не только определяющий наличие искажений, выдающих невидимку, но и позволяющий определить размеры скрытого объекта.



Комментарии (17) »

Интересный элемент снаряжения будущего – индивидуальный (персональный) помехопостановщик. Ведь самые разные системы наблюдения, и активные, и пассивные, уже сейчас используются для наблюдения за отдельными бойцами. Логичным будет не просто прятаться “на местности” от таких систем (малая заметность очень полезна), но и создать им трудности в случае, если спрятаться не удалось. Тут едва ли не идеальным решением являются разнообразные “дымы”, давно, кстати, известные. Хитрость в том, что активное электронное устройство, – например, РЛ-помехопостановщик, – потребляет энергию, требует правильной установки и сохранения чистоты излучающих элементов. При этом источник помехи является хорошим маркером для обнаружения цели, так как позволяет её локализовать. А вот “дымы”, очевидно, лучше – они размывают точку присутствия.

Хорошо сконструированный “дым” может блокировать ИК-диапазон и “размывать” сигналы РЛС. Проблема одна – дым одинаково работает против всех сторон: никто ничего не видит. Это неудобно. Поэтому в будущем, на следующем шаге, должны появиться “умные” дымы. Например, среды, сохраняющие электромагнитную прозрачность в некотором заданном (и достаточно узком) диапазоне частот. Или, скажем, такая прозрачность может наводиться при помощи облучения среды каким-то “модулирующим” сигналом – в таком случае можно в дымовой завесе открывать что-то вроде окон.

Другой интересный момент: можно ли заставить дым перемещаться в нужном направлении? Напрашиваются аналогии с затихшей темой “умной пыли”. Понятно, что двигатель на каждую частичку не установить. Но есть ведь разнообразные силы, возникающие внутри “облака” и вокруг него: электростатика, какие-то перепады давления. Возможно, некоторую комбинацию удастся приспособить для передвижения всего “облака” в целом, как большой системы частиц.

Занятный вариант, между прочим.



Комментарии (8) »

Если использовать технологии “дополнения реальности” с помощью специальных очков не просто так, а объединяя сведения, собираемые сетью сенсоров, компоненты которой заранее расставлены в разных точках местности, то возможности резко возрастают. Скажем, можно принимать не электромагнитные поля, а использовать вибродатчики, связав их с почвой или с конструктивными элементами строений, с трубопроводами (вариантов много). Вибрации позволяют получать информацию о перемещении техники (в некоторых случаях, о движении людей). Если у нас несколько датчиков, то сравнивая полученные данные, можно примерно определить где эта техника движется, что за техника и так далее. Метод известный, очень давно применяется разведками мира.

Очки тут вот при чём: информация от сенсоров передаётся в картинку окружающей действительности, дополняя её сообщениями типа “вот этот грузовик – везёт в кузове три тонны, другие грузовики в колонне – идут пустыми”. Всё в реальном времени. Соответствующие сенсоры можно заранее разбросать по территории. Или раздать по группе специалистов.

(На иллюстрации – датчик иного рода.)



Комментарии (6) »

Ещё не так давно был распространён “инфракрасный порт” в качестве инструмента для обмена данными между мобильными телефонами (и не только). Но радиоинтерфейс Bluetooth быстро вытеснил оптического собрата с рынка. При этом каналы Bluetooth – отличный проводник для утечек информации: при использовании недорогого дополнительного оборудования взаимодействовать по радио с атакуемым устройством можно с достаточно большого расстояния, и с любого направления.

А вот ИК-порт тут обладал преимуществом: для уверенной связи нужно было не только разместить два устройства рядом, но ещё и направить “вещательные окошки” друг на друга. (Да, в теории, можно принимать всякие отражения инфракрасного сигнала – но сложность реализации не сравнима с атакой через “всенаправленный” Bluetooth.)

Сейчас на борту боевых самолётов уже есть разные лазерные системы. И эти лазеры планируют использовать для создания каналов обмена информацией. При достаточной мощности и добротном приёмнике не обязательно использовать стекловолокно, луч уверенно распространяется в атмосфере. Наверное, вы уже догадались, что по сравнению с радиосвязью у лазерной системы есть то же самое преимущество, что и у ИК-порта перед Bluetooth: лазерный луч очень узкий, переносит информацию только в направлении приёмника. Чтобы подслушать сигнал нужно очень постараться: если оставить фантастику с фиксированием всяких вторичных процессов в атмосфере, то для перехвата потребуется разместить приёмник непосредственно внутри луча. Что непросто, в случае с находящимся в воздухе самолётом, который, к тому же, маневрирует. А вот радиосвязь, даже при использовании направленных антенн, всё равно работает во все стороны, просто, для разведки потребуется более чувствительный приёмник. И при этом лазерная система ещё и позволяет построить гораздо более широкий канал, в смысле объёма передаваемой информации.



Комментарии (8) »

В новостях DARPA пишут об экспериментальных разработках сверхминиатюрных навигационных устройств, автономных, для инерциальной навигации. В основе – “атомные гироскопы” (или ядерные – как хотите называйте). Это, если в двух словах, особым образом “настроенное” вещество: газ, где роль гироскопов выполняют отдельные атомы, с поляризованными спинами (то есть, с упорядоченными в одном направлении). Такую поляризацию проводят специальной “накачкой” среды, теория там не самая простая, судя по всему, а вообще придумали такую экзотическую схему гироскопа давно – ещё в 60-х годах прошлого века.

Интерес же тут вот в чём: сейчас подобная “спинотроника” очень популярна в прикладной физике, поэтому наработанные достижения позволяют изготовить добротные атомные гироскопы небольшого размера, в масштабах миллиметров. В принципе, схема должна быть устойчивой к ускорениям, вопрос в том, хватит ли этой устойчивости, чтобы подобную гировертикаль использовать в пуле. Размеры и энергопотребление – вполне подходящие. Датчики ускорений – отдельным элементом. Но, в случае с пулей, уже и подобная гировертикаль даёт кучу информации для системы управления.

Ну и понятно, что у миниатюрных гироскопов-на-чипе есть множество других применений, потому что автономная навигация, – скажем, для микробеспилотника, – гораздо важнее GPS-а. Автономная бортовая система эффективнее, проще и работает под землей или внутри зданий. В общем, миниатюрная навигация – это второй ключевой элемент для миниатюрных беспилотных систем. Первый- источники энергии, конечно.



Комментарии (8) »

Из многих футурологических новшеств среди самых вероятных кандидатов на появление в обозримом будущем – очки, позволяющие просматривать “дополненную реальность”. (Идеальные очки такого типа должны иметь хороший встроенный проектор изображения, вероятнее всего, на основе лазера, ещё потребуется фиксировать перемещение глаза.) Вполне вероятно, что подобные очки сперва, по традиции, появятся в перечне военного снаряжения, став основным индикатором. Не так давно обсуждали, что такие очки годятся для отображения самой разной информации (можно, к примеру, выводить данные от персонального сенсора запахов).

Другой вариант напрашивается: использовать мощь “дополненной реальности” и для вывода визуальной информации обо всех доступных для измерения электромагнитных полях, окружающих пехотинца. Многие “техногенные” поля не так сложно измерить с достаточной точностью. Но вот с полезным применением полученной информации возникают трудности: поле, понятно, измеряется возле самого пехотинца; при этом вычислить, какая именно конфигурация полей в окружающем пространстве (пусть в ближайшем), привела к возникновению результата измерения в данной точке – обычно невозможно. Для того, чтобы можно было что-то сказать о распределении полей и их источников требуется проделать измерения в нескольких точках, и синхронизировать результаты по времени. Да, наверное, можно было бы сделать довольно большую антенну, распределив её по обмундированию. Но это чрезвычайно сильно увеличивает заметность пехотинца для радаров, что плохо.

Можно записывать показания пассивных приёмников при перемещении бойца, а потом получать некую двумерную (для трёхмерной данных не хватит) картину полей, сводя вместе данные измерений за некоторый промежуток времени. Но тогда любые непредсказуемые изменения в характеристиках этих полей, произошедшие на протяжении временного шага измерения, круто изменят картину – сведение вообще потеряет смысл. Кроме того, возникают трудности с фильтрацией множества принимаемых сигналов.

Выходит, что “накладывание картинки” на изображение реальности, в случае с анализом электромагнитных полей, имеет очень ограниченное применение: требуется, чтобы была подробная информация о характеристиках источника поля – вот тогда можно что-то полезное вычислить в режиме онлайн. Другими словами, если сцену подсвечивает самолёт ДРЛО или, например, спутник GPS, то можно “увидеть” скрытые за стенами и кустами объекты. А если никто не подсвечивает, то и толку от электромагнитного слоя в интерфейсе “дополненной реальности” не много.



Комментарии (8) »

Занятно, что сильно поутихла тема “умной пыли”, очень популярная ранее. Речь о микроскопических электронных устройствах, каждое из которых автономно реализует некоторые сложные полезные функции под управлением микрокомпьютера и умеет поддерживать связь с внешним миром. Устройства действительно миниатюрные: по традиции, не более кубического миллиметра объёмом. Отсюда и название – и пыль, и умная.

Впрочем, чтобы стать настоящей пылью элементы должны быть ещё меньше, чем кубический миллиметр. Например, раз в двадцать меньше по объёму. Пыль можно использовать по всякому, это описано и у фантастов. Интересно отправить такую пыль по воздуху, вместе с облаками, исследовать вражескую территорию. Можно предположить, что кто-то наступил в “умную пыль”, она осталась на ботинках, и теперь легко отслеживать перемещение этого наступившего в пыль человека.

Понятно, что с созданием самой электроники микрокомпьютера, умещающегося в пылинку, особенных проблем сейчас быть не должно: транзисторы для “логики” давно научились делать маленькими, правильное проектирование позволит использовать разумный минимум транзисторов. Сложнее с модулем памяти, но, используя самые современные достижения, можно и достаточный объём памяти для кода и данных (мегабайты?) уместить в пылинку. Самая большая проблема – с электропитанием и источниками этого самого питания. Для пылинки нужен суперкомпактный источник. (С другой стороны, например, бактерии имеют размер много меньше подобной пылинки, но энергию накапливают.)

Вообще, подобную “умную пыль” можно реализовать в формате “пассивного автоответчика”. Такой проект даже вроде был. Идея в следующем: пылинки срабатывают при облучении их электромагнитным полем с заданной модуляцией, используя энергию этого поля измеряют заданные параметры окружающей среды, проводят свои внутренние вычисления и каким-то образом передают результат обратно (скорее всего, по оптическому каналу). То есть, подсвечивают такую пыль с борта самолёта локатором (как вариант), а специальные приёмники где-то на земле получают собранные данные. Если развить идею, то, скажем, пылинки мог ли бы работать при условии наличия любого подходящего электромагнитного поля достаточной напряжённости.

Другая трудность подобной пылинки – это оснащение её сенсорами. Можно представить, что где-то внутри пылинки разместился нанотехнологический акселерометр. Но он будет устроен очень непросто: потому что возникнет проблема с датчиками (а от гироскопа вообще придётся отказаться). Приёмник GPS, очевидно, не уместится, ни по антеннам, ни по накопительным цепям для сигнала – потому что требуется дополнительное питание. Довольно компактными могут быть световые оптические сенсоры, сенсоры температуры. И, пожалуй, всё. Не густо.

Особенно продуктивно выглядит вариант с летающим микроботом, который возит пыль с собой и рассаживает её. Микробот похож на насекомое, размеры имеет существенно большие, чем пыль, а поэтому может подзаряжаться от сетей электропитания (усы в розетку сунул). Этот же микробот служит ретранслятором данных, поступающих от пыли.

В общем, тема интересная. Но в публичности потеряла. Наверное, что-то уже сделали. Для ЦРУ, как вариант.



Комментарии (10) »
Навигация по запискам: « Позже Раньше »