Promieniowanie kosmiczne pomoże w stworzeniu nawigacji działającej pod ziemią

[KopalniaWiedzy.pl 320]

Docierające do Ziemi miony, cząstki powstające w wyniku oddziaływań promieniowania kosmicznego z górnymi warstwami atmosfery, można wykorzystać jako alternatywę dla GPS tam, gdzie nie dociera sygnał radiowy. Hiroyuki Tanaka z Uniwersytetu Tokijskiego i jego koledzy z grupy roboczej muPS dowiedli, że wykorzystując miony możemy stworzyć system nawigacji działający w pomieszczeniach, pod ziemią czy pod wodą.

Miony nie są blokowane jak fale radiowe, przenikają przez piramidy i góry, dzięki czemu naszą techniką można wykorzystać jako uniwersalny system nawigacji w pomieszczeniach czy pod ziemią, mówi Tanaka. Tradycyjne systemy nawigacji, jak GPS, wykorzystują sygnały radiowe transmitowane pomiędzy satelitami, a odbiornikiem naziemnym. Jednak sygnał taki jest blokowany przez beton czy skały. muPS Wireless Navigation System (muWNS) wykorzystuje trzy lub więcej referencyjnych wykrywaczy mionów, które są zsynchronizowane z odbiornikiem. Wykrywacze referencyjne mogą znajdować się w najróżniejszych miejscach.

System działa poprzez zidentyfikowanie mionów, które przeszły przez jeden z wykrywaczy referencyjnych i trafiły do odbiornika. Miony przemieszczają się niemal z prędkością światła, więc na podstawie czasu, jaki upłynął pomiędzy przejściem mionu przez wykrywacz referencyjny a odbiornik, można obliczyć odległość między oboma urządzeniami. Jeśli zaś otrzymamy takie dane dla kilku kilku wykrywaczy referencyjnych i odbiornika, ustalimy położenie odbiornika. Całość działa więc tak, jak system nawigacji satelitarnej.

Koncepcja jest prosta, ale jej zastosowanie wiąże się z licznymi wyzwaniami. Gdy rok temu po raz pierwszy przetestowano muWNS, wskazywał on położenie odbiornika z dokładnością do 10 metrów, a to zbyt mało, by myśleć o praktycznych zastosowaniach. Problemem była synchronizacja czasu pomiędzy wykrywaczami referencyjnymi, a odbiornikiem. System korzysta z zegarów kwarcowych. Po kilkunastu miesiącach pracy naukowcy przetestowali swój system w głębokich piwnicach Instytutu Nauk Przemysłowych Uniwersytetu Tokijskiego, do których sygnał GPS nie dociera. Wykrywacze referencyjne umieszczono na 6 piętrze budynku. Testy wykazały, że w promieniu 100 metrów od wykrywaczy muWNS określa położenie z dokładnością 2–25 metrów, w zależności od głębokości oraz tempa przemieszczania się osoby z odbiornikiem. To równie duża dokładność, o ile nie lepsza, jak w przypadku GPS z pojedynczym nadziemnym punktem odniesienia w środowisku miejskim, mówi Tanaka.

Uczony zauważa jednak, że system wciąż jeszcze nie nadaje się do zastosowań praktycznych. Potrzebna jest bowiem precyzja sięgająca 1 metra, a tę można uzyskać dzięki lepszej synchronizacji czasu. Naukowcy mają nadzieję, że wystarczającą precyzję uda się uzyskać zastępując zegary kwarcowe zegarami atomowymi umieszczonymi na układach scalonych. To jednak pieśń przyszłości, gdyż obecnie takie zegary są zbyt kosztowne, by można było je zastosować. Na razie więc naukowcy pracują nad miniaturyzacją swojego odbiornika, by mieścił się on w typowym przenośnym gadżecie jak telefon komórkowy.

« powrót do artykułu

[lester 21]

Nie wiem czy dobrze rozumiem. W celu zastąpienia GPS tam gdzie nie dociera (i inne fale radiowe) postanowiono wykorzystać miony. Początkowo mion przechodzi przez odbiornik referencyjny, następnie (ten sam mion) przez odbiornik właściwy. Mając odczyty z kilku odbiorników referencyjnych można na podstawie triangulacji ustalić swoje położenie. I wszytko byłoby w porządku, gdyby nie drobny szczegół. Synchronizacja danych pomiędzy odbiornikiem a odbiornikami referencyjnymi odbywa się jak? ano z pomocą fal radiowych, dla których miony miały być alternatywą ze względu na ograniczony zasięg tych pierwszych. No ale skoro jednak łączność jest, to po co w tym wszystkim miony? Nie wystarczy sam sygnał radiowy?

No chyba że synchronizacja odbywa się po kablu, który ciągniemy za sobą, to ja nie mam więcej pytań.

[Mariusz Błoński 185]

W pierwszej wersji było po kablu. Teraz to rozwiązali, ale zegary są zbyt niedokładne. Myślę, że właśnie o to chodzi z zegarami atomowymi. Wyobrażam sobie to tak, że np. potrzebny jest ten GPS w kopalni, przy budowie metra itp. itd. Ustawiamy więc kilka przenośnych odbiorników referencyjnych na powierzchni i jeszcze na powierzchni synchronizujemy ich zegary z odbiornikami osobistymi. Przy dokładności zegarów atomowych będzie to spokojnie działało.

[Ergo Sum 37]

Jedyną rozsądną formą synchronizacji w tym przypadku jest .... komunikacja mionowa. Inna nie ma najmniejszego sensu.

[radar 103]

W dniu 12.07.2023 o 17:33, Mariusz Błoński napisał:

Ustawiamy więc kilka przenośnych odbiorników referencyjnych na powierzchni i jeszcze na powierzchni synchronizujemy ich zegary z odbiornikami osobistymi. Przy dokładności zegarów atomowych będzie to spokojnie działało.

A to już nie łatwiej jakaś zaawansowana inercyjna? Raz na jakiś czas kopiemy tunel na powierzchnię, sprawdzamy gdzie jesteśmy, a głębokość mierzymy sznurkiem. Myślę, że dokładność 2-25m można spokojnie osiągnąć

[radar 103]

A tak na poważnie, to jak oni rozpoznają, że "ten" mion, który przeszedł przez odbiornik referencyjny to jest tam sam, który później przeszedł przez odbiornik właściwy?

[Mariusz Błoński 185]

3 godziny temu, radar napisał:

A tak na poważnie, to jak oni rozpoznają, że "ten" mion, który przeszedł przez odbiornik referencyjny to jest tam sam, który później przeszedł przez odbiornik właściwy?

Też mnie to zastanawia

[radar 103]

Coś tam sobie poradziłem, w sumie uwzględnienie solid angle wymaga większej liczby detektorów referencyjnych. Na razie jako ciekawostka, ale działa.

Cytat

The MuWNS (muometric wireless navigation system) uses a combination of reference detectors and a receiver detector to track muons. The system works by measuring the time of flight (TOF) of muons between the reference detectors and the receiver detector. The muons are detected sporadically, not arriving at all detectors at the same time. The number of muons detected by both the reference and receiver detectors is a function of the solid angle formed by these detectors (Page 4).

The system uses a grandmaster clock (GMC) for the measurements of the muon's time of flight (TOF) between the detectors. There are two GMCs, one associated with the reference detectors (GMC1) and one with the receiver detector (GMC2). Each GMC consists of a GPS/GNSS receiver and an oven-controlled crystal oscillator (OCXO) with a drift adjustment function and holdover function. The drift adjustment function corrects the OCXO's frequency drift in real-time by frequency synchronization with GPS signals (Page 6).

The system also takes into account the accidental coincidence rate, which originates from the PMT's dark current. The accidental coincidence rate can exceed the muon-tracking rate for positioning when the distance between the reference detector and the receiver detector is too large. To avoid this, navigation measurement was not performed when the distance between the detectors exceeds 100 m (Page 9).

In summary, the system ensures that the same muon is detected by both the reference and receiver detectors by measuring the time of flight of the muons, using precise timing systems, and taking into account factors such as the solid angle formed by the detectors and the accidental coincidence rate.

W sumie kiedyś się zastanawiałem czy zamiast GPSa/Glonasa/Galilleo nie można by użyć pulsarów