Warum GPS für Ihr Smartphone so wichtig ist – und dringend einer Überholung bedarf
Modernste Technologie, einschließlich Smartphones , läuft auf GPS. Aber das System könnte anfälliger für Ausfälle sein, als Sie denken. In den USA mangelt es an Backup-Geolokalisierungstechnologie, was bedeutet, dass Ausfälle oder Störungen katastrophal sein können. Russland hat damit gedroht, GPS- Satelliten zu zerstören, und kürzlich haben fehlerhafte GPS-Signale vorübergehend einen Flughafen in Dallas geschlossen.
Glücklicherweise schreiten Unternehmen ein, um GPS zu schützen. NextNav hat kürzlich einen Vertrag über die Bereitstellung einer neuen Technologie namens TerraPoiNT unterzeichnet, die als Backup für GPS dient und vorhandene LTE- und 5G-Netzwerke nutzt. „Das Signal von TerraPoiNT ist über 100.000-mal stärker als GPS, und seine Signalverschlüsselung macht es widerstandsfähiger gegen Störungen und Spoofing“, sagte Ganesh Pattabiraman, CEO von NextNav, in einem Interview mit Digital Trends. Es ist eine faszinierende Statistik – und ein Einblick, wie wir GPS schützen können (und sollten).
Warum GPS so wichtig und so zerbrechlich ist
GPS bietet Ortungs-, Navigations- und Zeitgebungsdienste sowie Ortungsdienste für Mobiltelefone. Seine weit verbreitete Verfügbarkeit hat es zu einem globalen Versorgungsunternehmen gemacht, das in Industrien und Infrastruktur integriert ist, vom Stromnetz über Notrufdienste bis hin zu Finanztransaktionen. Aber, sagte Pattabiraman, das System sei „unglaublich anfällig“ für Störungen – einschließlich Jamming und Spoofing.
Sam Brown, ein professioneller Funktechniker, der bei OneSDR einen Hochfrequenz-Blog betreibt, sagte in einem Interview, dass GPS-Kommunikationsempfänger oft durch leicht erhältliche und billige Störsender gestört werden.
„Ein Störsender sendet ein Signal aus, das den Signalempfang stört, und infolgedessen kann der GPS-Empfänger keine Standortinformationen liefern“, fügte er hinzu.
In einem aktuellen Beispiel führten Probleme mit GPS-Signalen dazu, dass Flüge am Dallas/Fort Worth International Airport eingestellt wurden. Das Problem wurde auf eine mysteriöse Störquelle zurückgeführt und schloss den Flughafen für zwei Tage.
Mögliche ausländische Einmischung ist ein weiteres Problem. Russland hat damit geprahlt, dass es die Satelliten ausschalten kann, die unser GPS liefern .
„Ein Vorfall wie eine große Sonneneruption oder ein Schaden an kommerziellen Satelliten könnte möglicherweise zahlreiche wichtige Dienste ausschalten, auf die wir uns jeden Tag verlassen“, sagte Pattabiraman. „Aus diesem Grund hat die US-Bundesregierung die Bedeutung der Implementierung alternativer PNT-Technologien erkannt, um die Ausfallsicherheit von GPS sicherzustellen, unter anderem durch eine Durchführungsverordnung, „den öffentlichen und privaten Sektor einzubeziehen, um die verantwortungsvolle Nutzung von PNT-Diensten zu ermitteln und zu fördern“.
Alex Damato, amtierender Geschäftsführer der GPS Innovation Alliance, einer Industriegruppe, sagte in einem Interview, dass seine Organisation eine technologieneutrale Haltung einnimmt, wenn es um Backup-GPS-Lösungen geht.
Er sagte jedoch, GPSIA stimme zu, dass „die beste Strategie zur Erzielung eines stabilen PNT-Dienstes darin besteht, mehrere Technologien zu verfolgen, um die Vielfalt der PNT-Funktionen zu fördern“. Es ist auch wichtig, dass Backup-Lösungen in der Lage sind, gleichwertige Fähigkeiten und ein Leistungsniveau auf Augenhöhe mit GPS-Technologien zu bieten und von den PNT-Anforderungen der einzelnen Branchen und nicht von Regierungsaufträgen bestimmt werden.
Ein Problem Jahrzehnte in der Herstellung
Ein Teil der Probleme mit GPS rührt von seinem Design als Relikt des Kalten Krieges her. GPS wurde für den militärischen Einsatz in Konfliktgebieten entwickelt, in denen keine zivilen Netzwerke verfügbar waren – um Raketen tausend Meilen durch die obere Atmosphäre zu schießen oder Trägern voller Flugzeuge zu helfen, den Ozean zu überqueren, sagte Tim Sylvester, Gründer und CEO von Integrated Roadways, in einem Interview. Es war nie dazu gedacht, Fußgängern und Fahrzeugen in friedlichen städtischen Gebieten zu helfen, sich zurechtzufinden.
„Dieses Missverhältnis zwischen Design und Verwendung bedeutet, dass GPS mehrere erhebliche Mängel aufweist, wie z. B. geringe Genauigkeit und hohe Latenz“, sagte Sylvester. Diese Herausforderungen sind ein Produkt der GPS-Signale, die von Tausenden von Kilometern entfernten Satelliten kommen, und die Nachteile sind eine Folge der Physik, die nicht behoben werden kann.“
GPS hat seine Tücken, wenn es um eine neue Generation von selbstfahrenden Autos geht. Die geringe Genauigkeit von GPS bedeutet, dass Sie es nicht effektiv verwenden können, um zu wissen, auf welcher Spur sich jemand befindet, was beim Fahren ein großes Problem darstellt, und eine hohe Latenz bedeutet, dass Ihre Positionsinformationen schlechter werden, wenn Sie sich schnell bewegen, was auch der Fall ist ein großes Problem beim Autofahren, sagte Sylvester. Da GPS aus Tausenden von Kilometern Entfernung kommt, ist die Genauigkeit in städtischen Gebieten mit vielen hohen Gebäuden sogar noch schlechter, da die hohen Gebäude Satelliten blockieren, die nicht genau an der richtigen Position sind, um an den Gebäuden vorbei zu senden.
„Diese Einschränkungen stehen völlig im Widerspruch zur Verwendung von GPS für vernetzte und autonome Fahrzeuge, die eine hohe Genauigkeit, geringe Latenz und einen zuverlässigen Betrieb in dicht besiedelten Stadtgebieten erfordern, da der gesamte Verkehr in dicht besiedelten Stadtgebieten liegt“, sagte Sylvester. „So wie Zeitungen durch Online-Nachrichten ersetzt wurden, war GPS ein großartiges Sprungbrett, aber es ist an der Zeit, darüber hinauszugehen. Tatsächlich ignorieren die meisten Apps bereits GPS und ersetzen es stillschweigend durch Alternativen wie Bluetooth, aber dies bleibt dem Benutzer normalerweise verborgen, denn was dem Benutzer wichtig ist, ist ein guter Service, nicht wie er ihn bekommt.“
Die kommende Welle autonomer Fahrzeuge erfordert möglicherweise ein besseres Ortungssystem. Laut Sylvester heißt die vielversprechendste Alternative zu GPS für vernetzte und autonome Fahrzeuge APNT. PNT steht für „Position, Navigation, Telemetrie“. Je nachdem, wen Sie fragen, kann das „A“ für unterstützte, erweiterte, versicherte, alternative oder andere nahezu synonyme Begriffe stehen.
APNT ist in die lokale Infrastruktur integriert, einschließlich Mobilfunkantennen, Bluetooth-Beacons, Wi-Fi oder andere „alternative“ Mittel zum Positionieren, Navigieren und Empfangen von Fahrzeugtelemetrie.
„Diese Methoden wurden in den letzten 15 Jahren mit einer Kombination aus Smartphone-Komponenten und leicht verfügbaren Kommunikationsmethoden zusammengeschustert, und obwohl sie großartig für Touristen sind, die durch die Market Street oder den Times Square streifen und versuchen, ein Sandwich aufzuspüren, das weniger als 30 US-Dollar kostet, sind sie es Ad-hoc-Natur bedeutet, dass sie sich nicht auf ihre Autonomie verlassen können“, sagte Sylvester.
Integrated Roadways hat Smart Pavement entwickelt, das die APNT-Fähigkeiten direkt in die Straße einbaut, indem es hochpräzise In-Road-Sensoren verwendet und von einem Edge-Netzwerk mit extrem niedriger Latenz unterstützt wird, „damit jede Straße, die mit Smart Pavement aufgerüstet wurde, alles hat die APNT-Fähigkeiten, die für vernetzte und autonome Fahrzeuge erforderlich sind, die in die Fahrbahn eingebaut und von Grund auf als zuverlässiges, sicheres Netzwerk in Industriequalität konzipiert wurden, das die Funktionen bietet, die für die Mobilitätsanforderungen der nächsten Generation erforderlich sind“, sagte Sylvester
Wohin gehen wir nach dem GPS?
Das System von NextNav ist nicht die einzige Option als GPS-Backup. Max Perez, Vizepräsident für Forschungs- und Sicherheitslösungen bei ColdQuanta, sagte in einem Interview, dass Quantum Positioning Systems (QPS) das Potenzial haben, als Alternative zu GPS zu dienen. Quanteneigenschaften treiben das Positionierungssystem an, und im Gegensatz zu GPS erfordert QPS keine laufende Kalibrierung mit externen Signalen, um zu funktionieren.
„Ein QPS muss nur seinen Startpunkt kennen, um zu funktionieren, und kann berechnen, wie schnell es sich bewegt hat, wie lange und in welche Richtung, um seine aktuelle Position zu bestimmen“, sagte Perez. „Quantum Positioning Systems (QPS) würde GPS auf der ganzen Welt ergänzen, da es eine deutlich verbesserte Navigationssicherheit bietet. Anwendungsfälle für QPS umfassen die Navigation für Flugzeuge, U-Boote, autonome Autos und mehr. Zu den Vorteilen von QPS gegenüber GPS gehören Genauigkeit, keine Abhängigkeit von Satelliten, Verwendung in Innenräumen und eine geringere Anfälligkeit für Hacking.“
Damato sagte, dass die GPS-Industrie schnell innovativ ist und Lösungen entwickelt, die GPS präziser und widerstandsfähiger machen. Diese Lösungen umfassen GPS-Empfänger, die Satelliten, die diese GPS-Signale liefern, und das Bodenkontrollsegment, das die GPS-Leistung verfolgt und überwacht.
„Eine umfassende Modernisierung der GPS-Konstellation ist in vollem Gange, die nach ihrer Fertigstellung Dutzende neuer Satelliten liefern wird, die eine deutlich höhere Genauigkeit und verbesserte Anti-Jamming-Fähigkeiten bieten“, fügte er hinzu.