突破性技术可在GPS无法到达的地方实现导航

lishibai

据报道，东京大学的研究人员利用被称为μ介子的超快亚原子粒子进行地下无线导航，这在全球尚属首次。研究小组利用探测μ介子的地面站，将其与地下μ介子探测接收器协调，以确定接收器在一栋六层楼房地下室中的位置。

图片中的红线代表 "导航员 "走过的路径，而带点的白线则是 MuWNS 记录的路径。图片来源：2023 Hiroyuki K.M. Tanaka

由于全球定位系统在岩石下和水中无效，这项新兴技术有望在未来应用于搜救任务、监测水下火山以及在地下和水生环境中指挥自动驾驶车辆。

全球定位系统（GPS）是一种成熟的导航工具，从更安全的空中旅行到实时位置制图，它提供了一系列广泛的积极应用。然而，它也有一些局限性。GPS 信号在高纬度地区较弱，而且可能受到干扰或欺骗（用伪造信号代替真实信号）。信号还会被墙壁等表面反射，受到树木的干扰，并且无法穿过建筑物、岩石或水。

μ介子的存在时间只有 2.2 微秒（1 微秒仅为百万分之一秒），但由于它们在真空中以光速（每秒 30 万公里）传播，因此它们有足够的时间从大气层到达地球并深入地下。

相比之下，μ介子近年来一直是学界关注的焦点，因为它们能够帮助我们观察火山深处、窥视金字塔和气旋内部。μ介子不断频繁地落在世界各地（每分钟每平方米约有10,000个），而且无法干扰。

"宇宙射线μ介子在地球上的落点是相同的，而且无论穿过什么物质，总是以相同的速度传播，甚至可以穿透数公里的岩石，"东京大学 Muographix 公司的田中博之教授解释说。"现在，通过使用μ介子，我们开发出了一种新型 GPS，我们称之为μ介子定位系统（muPS），它可以在地下、室内和水下工作"。

μPS最初是用来帮助探测水下火山或构造运动引起的海底变化的。它利用地面上的四个μ介子探测基准站为地下的μ介子探测接收器提供坐标。这种技术的早期版本要求接收器通过导线与地面站连接，大大限制了移动。然而，这项最新研究利用高精度石英钟使地面站与接收器同步。参考站提供的四个参数加上用于测量μ介子"飞行时间"的同步时钟，使接收器的坐标得以确定。这种新系统被称为μ介子无线导航系统（MuWNS）。

据研究人员称，在室内或地下环境中使用 MuWNS 时，与射频识别（RFID）和 Zigbee 技术相比，它可以达到更高的精度；与激光雷达和声学导航相比，虽然精度低得多，但范围更广。资料来源：2023 Hiroyuki K.M. Tanaka

为了测试 MuWNS 的导航能力，参考探测器被放置在一栋大楼的六楼，而"导航者"则将接收探测器带到地下室。他们拿着接收器在地下室的走廊里慢慢地走来走去。不是实时导航，而是通过测量来计算他们的路线，并确认他们所走的路径。

"目前，MuWNS 的精度在 2 米到 25 米之间，范围可达 100 米，具体取决于深度和行走速度。这与城市地区地面上的单点 GPS 定位一样好，甚至更好，"Tanaka 说。"但离实用水平还很远。人们需要一米的精确度，而这其中的关键是如何实现时间同步。"

改进这一系统，实现实时、一米精度的导航，取决于时间和资金。理想情况下，研究小组希望使用芯片级原子钟（CSAC）。

"CSAC已经可以在市场上买到，比我们目前使用的石英钟好两个数量级。但是，它们太昂贵了，我们现在还不能使用。但我预计，随着全球对手机用 CSAC 需求的增加，它们的价格会便宜得多，"Tanaka 说。

有朝一日，MuWNS 可用于为在水下工作的机器人导航，或引导自动驾驶车辆驶入地下。除了原子钟之外，MuWNS 的所有其他电子元件现在都可以小型化，因此研究小组希望最终能将其安装到手机等手持设备中。在建筑物或矿井坍塌等紧急情况下，这可能会改变搜救团队未来的游戏规则。

dz153153

潜水艇上适合使用。

sxd3621

估计是和 地面波  电台一类的组合才行

seamanqd

它们在真空中以光速（每秒 30 万公里）传播，因此它们有足够的时间从大气层到达地球并深入地下。也没说μ介子在地下的传播速度啊

铃兰花匠

用陀螺仪不是更方便实现？何必这么麻烦！

lishibai

zhkrid 发表于 2023-9-4 13:42
“MuWNS 的精度在 2 米到 25 米之间”　uwb定位技术比这个精确多了，https://www.mydigit.cn/thread-256463 ...

这个不能在地下导航吧，再说这个好像要依靠其它设备才行的吧

zhkrid

“MuWNS 的精度在 2 米到 25 米之间”　uwb定位技术比这个精确多了，https://www.mydigit.cn/thread-256463-1-1.html

msz09861

有点意思！