Auf 10 cm genau: Super-GPS nutzt bestehende Infrastruktur

Niederländische Forscher stellten kürzlich ein alternatives Ortungssystem vor. Es soll insbesondere in städtischen Umgebungen robuster und genauer sein als das uns bekannte GPS. Die Wissenschaftler präsentierten einen funktionierenden Prototyp, mit dem eine Genauigkeit von zehn Zentimetern möglich ist. Die neue Technologie lässt sich für verschiedene Anwendungsgebiete nutzen – von der Gesundheitsversorgung über automatisierte Fahrzeuge bis hin zu mobilen Kommunikationssystemen der nächsten Generation. Die Ergebnisse wurden im November letzten Jahres in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Die sogenannten PNT-Technologien (Positioning, Navigation and Timing), zu denen auch GPS-Systeme gehören, werden für verschiedene Wirtschaftszweige immer wichtiger. Denn solche Lösungen können Unternehmen genaue Informationen liefern, die im Allgemeinen kostenlos, zuverlässig und überall verfügbar sind. Das macht sie zu hervorragenden Verbündeten für Unternehmen.

Stattet man Telematik-Instrumente und Geräte im Internet der Dinge (IoT) mit präzisen Ortungstechnologien aus, können diese auch im Logistiksektor nützlich sein, indem sie eine bessere Sichtbarkeit der Güter entlang der Lieferkette gewährleisten. Auch ein besseres Flotten-Management ist auf diesem Weg möglich.

Im Einzelhandel kann die präzise Ortung durch PNT-Technologien dazu beitragen, das Verhalten der Verbraucher in Echtzeit zu verfolgen – zum Beispiel durch den Einsatz entsprechender Geräte in Einkaufswägen, um Warteschlangen besser zu verwalten. Darüber hinaus unterstützen diese Technologien dabei, Aufgaben mit Kundenkontakt zu priorisieren.

Die medizinische Versorgung ist ebenfalls ein Sektor, der von PNT-Technologien profitiert hat: So können auch tragbare Geräte zur Überwachung des Gesundheitszustands auf eine bessere Ortung zählen. Das ist unter anderem nützlich, um die Höhe zu ermitteln, in der sich der Nutzer befindet – und so Herzfrequenz und Blutdruck genauer zu bestimmen. Zudem kann die Standortverfolgung in Notfällen helfen, medizinische Fachkräfte schneller zu informieren

Auch Lebensmittellieferungen oder private Verkehrsmittel ziehen Vorteile aus der Technologie. So lassen sich nicht nur die verfügbaren Fahrer in der kürzesten Entfernung schneller finden, sondern auch die besten Routen und die voraussichtliche Ankunftszeit am Zielort auf der Grundlage der Echtzeit-Verkehrsbedingungen berechnen.

Die derzeitigen globalen Satellitennavigationssysteme, wie das US-amerikanische GPS und Galileo in der Europäischen Union, sind jedoch auf Satelliten angewiesen, die ihre Grenzen und Schwachstellen haben. Ihre Funksignale sind schwach, wenn sie auf der Erde empfangen werden. Werden sie reflektiert oder von Gebäuden blockiert, leidet auch die Genauigkeit der Positionsbestimmung. „Dadurch können solche Systeme zum Beispiel in städtischen Umgebungen unzuverlässig sein“, sagt Christiaan Tiberius von der Technischen Universität Delft, der auch als Koordinator des niederländischen Projekts tätig ist. Der Forscher ergänzt, dass dies auch ein Problem beim Einsatz selbstfahrender Fahrzeuge darstellen kann. Außerdem seien Bürger und Behörden vor allem wegen zahlreicher ortsbezogener Anwendungen und Geräte auf diese Navigationssysteme angewiesen. Bis jetzt gibt es jedoch noch kein Backup-System.

Bei der Neuheit Super GPS handelt es sich um ein alternatives Ortungssystem, das mobile Telekommunikationsnetze anstelle von Satelliten nutzt. So ist das System robuster und genauer als herkömmliches GPS.

Eine Innovation der Lösung besteht darin, Mobilfunknetze mit einer präzisen Atomuhr zu verbinden, um perfekt getimte Positionsmeldungen zu übermitteln – so wie es die GPS-Satelliten mithilfe der an Bord befindlichen Atomuhren tun. Diese Verbindungen sollen bei Super GPS über bestehende Glasfasernetze hergestellt werden.

Die Forscher untersuchten bereits Techniken, um die von den Atomuhren erzeugte nationale Zeit über Telekommunikationsnetze an andere Nutzer weiterzugeben. Mit dieser Technik ließen sich Netzwerke in eine landesweit verteilte Atomuhr transformieren, die zahlreiche neue Anwendungen auf Basis mobiler Netze möglich macht. Mit dem vorgestellten Optical-wireless-Hybridsystem kann also im Prinzip jeder kabellos auf die nationale Zeit zugreifen. Den Forschern zufolge entsteht so eine Funkuhr, die bis auf eine Milliardstel-Sekunde genau ist.

Außerdem verwendet das System Funksignale mit einer viel höheren Bandbreite als üblich. Dies trägt dazu bei, reflektierte Signale, z. B. von städtischen Gebäuden, zu trennen – und ermöglicht eine höhere Ortungsgenauigkeit. Zugleich ist die Bandbreite im Funkspektrum begrenzt und teuer. Die Wissenschaftler umgingen die hohen Kosten, indem sie mehrere Funksignale mit geringer Intervallbreite verwendeten und diese auf eine große virtuelle Bandbreite verteilten. Die Vorteile dieser Methode liegen den Forschern zufolge darin, dass nur ein winziger Teil der virtuellen Bandbreite genutzt wird und die Signale denen von Mobiltelefonen sehr stark ähneln.