dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Samsung официально описывает, как некоторые смартфоны этой корпорации дорисовывают изображение Луны “методами машинного обучения” – процесс называется Scene Optimizer. Про это, в общем-то, известно давно. А проблема тут не столько в том, что дорисовывают, а в том, как именно процесс преподносится – “улучшение детализации”. В результате, выдачу подобных камер считают за отражение реальности.

Конечно, если подходить к вопросу в самом общем плане, то можно сказать, что всякая фотокамера, – тем более, цифровая в смартфоне, – лишь тем или иным способом демонстрирует результат некоторого процесса внутри камеры. В классической, плёночной фотографии – фиксируется (буквально) некоторый химический процесс превращения красителей, при этом, скажем, “чувствительность” можно изменять уже после того, как “фотонная” основа снимка воспринята веществами плёнки. Цифровые камеры используют иной процесс, более электрический, так сказать. Казалось бы, плёнка, в каком-то смысле, позволяет “дорисовать” несколько больше, чем сенсоры камеры, но тут в дело вмешивается “машинное обучение” со своими “методами улучшения”.

Основная особенность этих программных “дорисовывалок”, неограниченно “повышающих разрешение”, такая: они приносят на конкретный снимок результаты, собранные по другим снимкам (из “обучающей выборки”) и приведённые к некоторому заданному, типовому представлению об изображённой сцене (о Луне, в данном случае). Детали в такой схеме как раз не особо и важны – детали уже заранее записаны в память смартфона, а поэтому НЛО он просто закрасит правильным фрагментом лунной поверхности, потому что “компьютер не может ошибаться”. Тенденция эта грозит большими проблемами, так как цифровые снимки, выполненные смартфонами, могут, предположим, использоваться в качестве доказательств тех или иных событий. И даже дорисованная Луна способна повлиять на суждения о времени и месте съёмки, если таковые будут выноситься по изображению. Впрочем, зачем тратить на это время? Ведь в файле же и так записаны “верные” координаты и время GPS.

Я уже писал об этом раньше, например, в 2021 году: “Нейросети из пикселей“.

В мае 2021 года опубликована заметка (с картинками, что важно) про 3d-печать “в домашних условиях” – там я рассказываю о своём опыте использования трёх различных принтеров. За прошедшие почти два года появились некоторые дополнения. Так, принтер Anycubic 4Max Pro 2.0 некоторе время назад неожиданно вышел из строя. Сломался подающий механизм экструдера: возможно, сам электродвигатель, а возможно – сгорело что-то в соответствующем драйвере, в деталях я пока что не проверял. Принтер вряд ли отработал больше килограмма пластика к моменту поломки. Отмечу, что данный принтер больше не выпускается. Как и другой из упомянутых в исходной заметке – Anycubic Mega X.

Второй принтер, Mega X, между тем, продолжает проявлять себя с лучшей стороны. Каких-то существенных проблем с ним пока не наблюдалось. Да, пришлось один раз заменить “хотенд” (это горячая часть экструдера – нагревательный элемент и сопло) на новый, поскольку сопло старого перестало хорошо пропускать пластик, а прочистить его не удавалось. Но это пока что единственный сбой. Конечно, нагрузка на принтер небольшая. Сложно сказать, какой именно объём пластика за это время Mega X превратил в распечатки, но соответствующая масса точно превышает семь килограмм. Так что, для бюджетного устройства с большим доступным объёмом печати, надежность уже неплохая, на мой взгляд. Более того, используемая кинематическая схема, похоже, не только отличается надёжностью реализации, но и уверенно обеспечивает вполне достаточную точность печати во всём диапазоне перемещений печатающего узла. Недостатков у Mega X отмечу два: первый (как и в исходной заметке) – невозможно печатать “гибкими пластиками” (Flex); второй – иногда, в процессе замены пластиковой нити, внутри подающего механизма сдвигается втулка, нить застревает, а механизм приходится разбирать, чтобы поправить подачу.

Из пластиков – ничего не поменялось: PLA, как и раньше, остаётся основным, а PETG – редко, для изделий с повышенными требованиям к “износостойкости” (условно) и прочности.

(А вот принтер Wanhao, который упоминается в исходной заметке, так и не используется.)

Заметка на dxdt.ru из 2009 года, рассказывающая о том, как идентифицировать пользователя приложения по отметкам геолокации:

Прежде, отметим один момент: формальной анонимности пользователя вовсе не противоречит создание на сервисе уникального аккаунта, привязанного к данной копии программы. Это необходимо и для обновлений, и для придания устойчивости системе в целом (помогает бороться с “поддельными запросами” злых хакеров и т.д.) Только по аккаунту личность пользователя установить нельзя.

Теперь о том, как же вычислить пользователя. Вот как: фиксируются его места пребывания в рабочее время, и в не рабочее время. Приехал человек на работу, находится долго “на одном месте” – несложно вычислить и место, и, собственно, рабочее время, так как людям свойственно действовать по некоторому графику. Вычисляется всё автоматически, никакой “сложной эвристики”.

За прошедшие годы актуальность только выросла: вспомните про суперпопулярные нынче приложения для “анонимного отслеживания контактов”.

Восемь лет назад я опубликовал заметку “Эволюция телефонного аппарата как персонального жучка“. Интересно сейчас взглянуть на то, как поменялся контекст и роль смартфона. Я взял несколько цитат и добавил к ним пояснения, как уточняющие исторические аспекты, так и напоминающие о современной действительности, всё более “окружающей нас” (советую прочитать и исходную заметку целиком).

“Итак, классический телефонный аппарат позволял без особых сложностей прослушивать помещение, где он установлен. Но только в том случае, если аппарат подключен к телефонной розетке. Отключили – данная конкретная утечка невозможна.”

Занятно, что при установке телефонных аппаратов в защищаемых помещениях специалисты инженерно-технической защиты монтировали специальную “кнопку”, которая, при нажатии, полностью развязывала аппарат с входящей телефонной линией (это делалось механически: перекоммутацией входной телефонной пары на гальваническую заглушку). Сейчас аналогичные меры организуются иначе: например, если смартфон нельзя изъять, то владельцу предлагается поместить его в некоторый специальный ящик, находящийся в том же помещении, но выполняющий экранирующие функции. (В скобах замечу, что данный процесс не то чтобы сильно лучше варианта, при котором личный смартфон предлагается сдать в какое-нибудь хранилище на другом этаже, но почему-то считается, что раз коробка со смартфонами находится на виду, то незаметно сделать с этими смартфонами ничего нельзя. Это, впрочем, другая история.)

“Первые мобильные телефоны, надо сказать, устраняли каналы утечек по проводам, ввиду отсутствия последних. Взамен, до введения приемлемого шифрования, телефонные разговоры стало возможно прослушивать в эфире.”

Вообще, появление личного носимого “радиомаяка” – очень важный аспект. Сейчас этот “радиомаяк” используют всё шире: для идентификации “абонента-носителя” в потоке других “пассажиров”, для обнаружения и записи контактов (например, в маркетинговых программах); вполне вероятно, что в скором времени человек без “активного смартфона” будет автоматически, повсеместно выделяться системами наружного наблюдения и отмечаться как “подозрительный”.

“Самая главная новинка мобильной связи, в контексте нашей истории, – это возможность определения географического положения носителя жучка. Определить местоположение можно быстро, удалённо, и чисто техническими средствами. Принципиально новая функция, недоступная ранее. Сигнал аппарата содержит уникальные метки. Для определения положения нужны несколько приёмников, специальное оборудование и навыки радиопеленгации.”

Навигационная функция сохраняет высокую важность. Так как развились возможности накопления “треков” перемещения и агрегации индивидуальных треков по географическим координатам, то оказалось, что многие провайдеры сервисов мобильных приложений могут собирать весьма занимательную информацию (например, о военных базах).

“Память аппарата вообще является фундаментом для целого ряда дополнительных функций жучка: тексты SMS, сведения о частотности звонков на те или иные номера, данные о взаимодействии аппарата с сетью оператора – это всё новые возможности.”

Понятно, что и в “старой телефонии” можно было вести лог звонков, в том числе, записывая конкретные вызываемые номера. Более того, массовый автоматизированный “биллинг”, который развился ещё до появления смартфонов, позволял делать сложные выборки по контактам заданного абонента “стационарной связи”. Но речь-то в исходной записке о том, что такие метаданные стал накапливать сам телефонный аппарат, а не специальное оборудование на узле связи. Это всё актуально и сейчас, с той лишь разницей, что теперь смартфон накапливает информацию с гораздо более широким спектром: сюда нынче входят разнообразные “показатели здоровья” (читай – биометрические данные), сведения о “контактах” с другими смартфонами, находившимися рядом, информация о доступе к тому или иному контенту (не только на интернет-сайтах, но и через разные SmartTV и им подобные “говорящие кофеварки”).

“Удачное сочетание функций определения положения в пространстве, измерения ускорений (тот или иной “гироскоп”, как известно, тоже наличествует в смартфоне) и ориентации аппарата, а также получения фотоснимков и анализа сигналов WiFi, уже позволяет картографировать места обитания носителя жучка в удивительных подробностях, позволяющих построить детальную 3D-модель его квартиры, вместе со всем внутренним убранством.”

Сейчас такие средства если и используются, то, скорее всего, в рамках “целевой разработки”, не массово. Но это только подчёркивает тот факт, что, обрастая браслетами и “токенами”, современный телефонный аппарат становится всё более продвинутым жучком.

Поделюсь некоторым практическим опытом любительской 3D-печати. Я пока поработал с тремя разными принтерами. Это бюджетные устройства, все они относятся к типу FDM (FFF), то есть, строят изделие методом последовательного наплавления слоёв пластика: пластиковая нить поступает в подвижную печатающую головку, где пластик расплавляется при помощи нагревательного элемента и выдавливается, формируя очередной слой изделия, – впрочем, думаю, что принцип печати многим хорошо знаком.

Два принтера, которые я использую и сейчас, это Anycubic Mega X и Anycubic 4Max Pro 2.0 (далее – просто 4Max). Третий – Wanhao Duplicator 4S (как я понимаю – больше не выпускается), его я некоторое время назад всё же разобрал с прицелом на модификацию, поскольку и качество печати оставляло желать лучшего, и принтер требовал постоянной настройки и мелкой возни с механической частью. Единственное преимущество этого принтера состоит в том, что там двойной печатающий узел, который, в теории, позволяет печатать двумя типами пластика одновременно. Упомянутый принтер Wanhao вполне можно использовать, но, к сожалению, добиться устойчивого и приемлемого результата с этим устройством весьма непросто, кроме того, сам принтер на настоящий момент сильно устарел. Так что в этой записке речь, в основном, только об упомянутых принтерах Anycubic, которыми я пользуюсь. Эти принтеры, кроме кинематической схемы, отличаются тем, что первый – полностью открытый, а второй имеет закрываемый корпус, с прозрачной крышкой и дверкой.

(Продолжение с картинками.)

Пишут, что в Штатах в проект бюджета минобороны на 2021 год включили статью, посвящённую созданию навигационных систем, которые не зависят от GPS. Соответствующие системы должны быть предложены в 2023 году, то есть, совсем скоро. Озвученная причина – рост эффективности помехопостановщиков GPS: действующие в разных “горячих точках” силы и формирования регулярно сталкиваются с практической бесполезностью навигационных приборов, полагающихся на GPS, в том числе, на военный сигнал. Несколько лет назад я довольно подробно описывал то, как устроен спуфинг GPS. Не приходится сомневаться, что принципы спуфинга остались те же, а вот аппаратурная составляющая за это время наверняка сильно развилась.

Вообще, благодаря достижениям современной твердотельной электроники, сделать точный, надёжный, компактный и относительно дешёвый навигатор, основанный на приёме сигнала GPS – гораздо проще, чем, например, независящую от внешних сигналов инерциальную систему. Поэтому все держатся за GPS (ну и, опять же, финансирование создания и выведения на орбиту спутников, но это из другой области история). Основной проблемой для инерциальных систем является быстро накапливающаяся погрешность, причём, чем дешевле, меньше и проще система, тем быстрее падает точность. Скорее всего, возможны довольно устойчивые варианты на базе “микромашин”, но их только разрабатывают. Поэтому интересны комбинированные решения, где неточная инерциальная система регулярно и часто (например, раз в минуту) корректируется по внешнему сигналу, который, к тому же, сложно испортить помехой.

Одним из весьма эффективных вариантов оказывается использование в качестве источника такого сигнала большого количества космических аппаратов с общими синхронными часами, находящихся на низкой орбите, с которыми возможен обмен широкополосными сигналами. То есть, это уже не GPS. Это – в точности схема “спутникового Интернета”, предложенная, например, SpaceX (Starlink).

Как может помочь такая схема? Во-первых, есть возможность использования широкого спектра частот для связи со спутниками (в обе стороны, заметьте) – это означает, что можно применять замаскированные шумоподные сигналы: коррелятор, которому известен действующий секретный ключ, сможет успешно выделять и накапливать полезный сигнал спутника, распределённый псевдослучайным образом по полосе в несколько сотен мегагерц. Во-вторых, наличие на спутниках антенн с активным синтезом апертуры позволяет формировать достаточно узкие лучи – эти лучи могут быть направлены конкретному наземному пользователю, доставляя персональный сигнал (понятно, что точность формирования пятна приёма – сечения луча – всё равно, даже в идеальных условиях, составит сотни метров, но этого более чем достаточно). В-третьих, наличие широкого и доступного всем наземным терминалам (а не только станциям управления) канала в сторону спутников поможет активной коррекции сигнала в ответ на изменение обстановки в эфире, наблюдаемой конкретным приёмником.

Разберём все эти аспекты подробнее. Первый аспект – широкополосный сигнал. Современный сигнал GPS – узкополосный, более того, он использует кодовое разделение для каналов разных спутников. Широкая полоса делает возможным накопление коррелятором сигнала не только по времени, но и по частоте, а это существенно увеличивает возможности по повышению чувствительности. Такой “двумерный” подход вообще несравнимо богаче в плане кодирования, чем “одномерное” накопление по времени. При этом потенциальный помехопостановщик оказывается в сложной ситуации, так как ему нужно одновременно закрывать большую полосу, что требует много энергии даже в том случае, если помеха работает избирательно. Вообще, точно такая же техника опережающей отстройки от активных помех давно известна в радиолокации – излучатель локатора передаёт зондирующий сигнал на нескольких несущих частотах, при этом использует отражённый сигнал, который соответствует только одной из этих частот (ну или некоторой сложной комбинации нескольких).

Аспект второй – формирование узкого луча для канала в сторону наземной станции. Главное преимущество состоит в том, что помехопостановщику становится трудно принять тот же сигнал, который получает приёмник наземной станции. Конечно, всегда есть отражения, “боковые лепестки”, вторичное излучение и прочие эффекты, но их анализ в целях выявления полезного кода – несравнимо сложнее, чем приём общего сигнала. Вспомним, что сигнал ещё и кодируется индивидуально, с псевдослучайной заменой частот. Дополнительное преимущество – наземный приёмник получает больше возможностей по отстройке от простых широкополосных помех на основании направления на источник помехи. Отдельно нужно рассматривать возможность согласованного формирования лучей несколькими спутниками – тут и точность формирования “пятна” можно повысить, и защиту сигнала улучшить.

Третий аспект – индивидуальный канал в сторону спутников. Приёмник, используя этот канал и ключи аутентификации источника, может безопасно выработать общий со спутниковым источником сигнала секретный ключ, а далее периодически этот ключ заменять. Секретный ключ нужен для формирования псевдослучайной последовательности, задающей непредсказуемые для третьей стороны модуляцию и кодирование полезного сигнала, передаваемого спутником. А обнаружив эффективную помеху, если она всё же возникла, терминал может её непосредственно измерить и запросить смену кодирования, либо перейти на другую конфигурацию спутников.

Именно эти три аспекта, если их сложить вместе, позволяют создать хорошо защищённую от помех точную навигационную систему. Скорее всего, как отмечено выше, система будет комбинированной: спутниковый сигнал служит для коррекции автономных инерциальных систем. При этом спутниковые терминалы, требующие достаточно больших по размерам и тяжёлых антенн (ФАР), могут находиться на опорных станциях, например, на автомобилях или самоходных роботах, а носимый вариант навигатора, также имеющий встроенную инерциальную систему, будет взаимодействовать по радио с опорной станцией.

Что касается расположения спутников на низкой орбите: это снижает задержки, как и в случае организации интернет-доступа, а большое количество спутников (также диктуемое низкой орбитой) добавляет ещё один слой перемешивания: приёмник может выбирать сложные конфигурации спутников, используемых им в данный момент.

Естественно, Starlink – только один из примеров реализации подходящей технологии.

(Кстати, в 2012 году я писал о гипотетическом навигаторе, работающем без GPS.)

Есть совсем маленькие беспилотники, точнее, дроны. Например, Black Hornet PRS от FLIR, имеет длину всего около 16 сантиметров (согласно описанию). Этот дрон предназначен для разведки на местности – он передаёт оператору видео (в том числе, есть ИК-камера) и фотографии, заявленная дальность связи – до двух километров.

Как можно обнаруживать такие микроскопические аппараты? Понятно, что он довольно тихий. Просто разглядеть глазами или в бинокль – весьма сложно, из-за маленьких размеров (конечно, аппарат должен быть окрашен в соответствующий окружению цвет). Компактная РЛС для охраны периметра, с одной стороны, может такой аппарат увидеть, так как у него есть быстро вращающийся винт. Но, с другой стороны, винт можно выполнить из радиопрозрачного материала, а главная проблема будет в том, что РЛС с соответствующей чувствительностью начнёт видеть птиц, стрекоз и подобные объекты, чем создаст большой поток ложных срабатываний. Впрочем, у дрона должна быть антенна. В частности, конкретный вариант от FLIR содержит некий проводок, подвешенный снизу. Антенна резко увеличивает шансы по обнаружению силами той или иной РЛС.

Вероятно, какие-то хорошие результаты можно получить в терагерцевом диапазоне, если добавить в РЛС систему автоматического распознавания образов. Многообещающе выглядит связка РЛС + тепловизор/ИК-камера: по сигналу тепловизора можно эффективно отсеивать теплокровных живых существ, картинка в ИК-диапазоне позволит точнее определять летающих насекомых, падающие листья и другие природные эффекты. Особенно неплохо должна работать камера со стробоскопической подсветкой. Правда, никто не мешает получше замаскировать дрон, чтобы он стал похож на стрекозу, но это дополнительные расходы энергии и трудности проектирования.

У дрона, кстати, тоже есть камера. Камера является основным его полезным прибором. То есть, можно попробовать обнаруживать присутствие оптики в воздухе, например, при помощи лидара. Другое возможное направление – обнаружение полупроводниковой начинки. Если использовать вторичные излучения, как в нелинейном локаторе, то потребуется подсвечивать пространство довольно мощным лучом, чтобы обеспечить разумную дальность, а это не слишком хорошо.

Естественно, есть ещё один логичный вариант – попытаться детектировать радиосигнал, с помощью которого дрон транслирует картинку. Это очень хороший вариант: детектор может быть миниатюрным и точным. Но сработает только в том случае, если дрон не маскирует радиосвязь, например, применяя специальный шумоподобный сигнал с очень широкой полосой частот. А разведывательный дрон, понятно, именно так и должен делать.

В общем, средства обнаружения оказываются довольно сложными и большими. Их не так легко развернуть где-то в полевых условиях, тем более, унести с собой. А вот сам дрон – остаётся маленьким и полезным.

Современный смартфон уже содержит акселерометры и (или) гироскопы, планируется оснащать смартфоны и более продвинутыми датчиками и сложными сенсорами, вплоть до химических анализаторов. Получается сеть из приборов, которые могут измерять параметры окружающей среды. (Заметьте, что некоторые параметры смартфон может измерять и сейчас: например, уровень шума.) Идеи о том, что подобная распределённая сеть может обнаружить немало интересного – довольно старые: несколько лет назад предлагалось массово использовать смартфоны с датчиками ионизирующих излучений для мониторинга радиационной обстановки.

Предположим, что популярная модель смартфона передаёт собранные данные для анализа в центр, находящийся под контролем производителя (сейчас это принято называть “загрузить в облако”). Тогда производитель получает неплохой источник информации о том, что происходит в окружающей среде по всему миру. В смартфоне есть точные часы и привязка к местности (GPS), а данные можно передавать в режиме онлайн.

При необходимости данные измерений можно передавать скрытно, используя стеганографию. Объёмы информации там небольшие, поэтому скрытый сигнал можно подмешивать в обычный IP-трафик. Требуется только односторонняя передача, а значит, снимать полезную нагрузку можно на любом узле, через который проходит трафик. Вовсе не обязательно, чтобы данные прямо отправлялись на некоторый специально выделенный сервер, с заданным адресом. Это могут быть обычные пакеты, адресованные на безобидный “хостинг картинок”. Впрочем, если не предпринимать дополнительных мер по защите, то возможность такой передачи данных может быть обнаружена путём анализа программного кода. Сильно усложнить анализ может правильно выбранное аппаратное решение: ведь датчики должны взаимодействовать с прочими компонентами телефона, иначе в них нет смысла. При этом, вопрос сокрытия передачи данных в существенной мере касается того, как эти датчики связаны с прочей аппаратной частью.

Весной этого года ФБР спорило с корпорацией Apple по поводу “взлома” защиты аппаратов iPhone, для того, чтобы получить доступ к одному из таких аппаратов (АНБ из каких-то своих соображений заявило, что помочь не может). Обсуждались самые разные способы получения доступа, в том числе, при помощи физического копирования модуля памяти устройства (NAND mirroring). Почему-то насчёт этого варианта высказывались сомнения относительно реализуемости. Сергей Скоробогатов (Sergei Skorobogatov) продемонстрировал на практике, что задача решаема даже без использования сверхсложного лабораторного оборудования: The bumpy road towards iPhone 5c NAND mirroring – в работе подробно рассмотрены все этапы, начиная от извлечения чипа и до реализации перебора пароля доступа с использованием клонированной памяти (Apple, оказывается, использует некоторые методы аппаратной защиты от такого клонирования, но их можно обойти). Весьма интересно, рекомендую.

В дополнение к “перемотке” действительности назад, добротные очки дополненной реальности могли бы иметь и функцию “перемотки” вперёд, то есть, функцию предсказания событий. Конечно, предсказание тут весьма условное. Скорее – это прогноз. Скажем, мимо пользователя очков проезжает грузовик, который должен пересечь лужу, находящуюся у края проезжей части – поток воды из лужи может обрызгать пользователя, в том числе, залить и испортить очки. Центральный процессор очков дополненной реальности (или носимого компьютера, взаимодействующего с очками) вычисляет водяную угрозу заранее и выводит предупреждение, дополняя информирующими знаками и грузовик, и, собственно, лужу.

Использование даже простых математических моделей поможет предсказывать траектории движения объектов, присутствующих в окружающей действительности, и строить прогноз относительно конфигурации этих объектов в следующий момент времени. Надо заметить, что возможные траектории движущихся объектов, особенно, если это летящий мяч или нечто подобное, отлично умеет вычислять человеческий мозг (до сих пор не совсем ясно, как он это делает). Но, во-первых, мозгу для повышения точности нужна практика, и, во-вторых, очки могли бы обсчитывать объекты, оказавшиеся вне поля чёткого зрения, вне области внимания, что добавило бы пользователю информации о динамических свойствах окружающей среды (не факт, что сильно полезной информации).

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.