KARABAS интернет-магазин
it-решений
Alexandr Yaovlev 30 Nov 2023 Alexandr Yaovlev 186

Улучшение точности навигационной системы с использованием элементарных частиц мюонов: как ученые из Токийского университета добились значительного прогресса

Улучшение точности навигационной системы с использованием элементарных частиц мюонов: как ученые из Токийского университета добились значительного прогресса


Токийский университет разрабатывает технологию навигации с использованием мюонов

Токийский университет объявил 24 ноября о разработке нового навигационного системы "MuWNS-V", которая использует мюоны - частицы с высокой проникающей способностью. Эта технология предназначена для использования внутри помещений и подземных пространствах, где GPS не работает. Точность новой системы увеличена на два порядка и достигает уровня сантиметров.


Улучшение технологии синхронизации времени

Вместе с этим было объявлено об улучшении технологии синхронизации времени "Cosmic Time Synchronizer (CTS)", которая использует космические лучи. Диапазон синхронизации этой технологии увеличен на порядок.


Принцип работы навигации на мюонах

Мюоны - это вторичные частицы, образующиеся при взаимодействии космических лучей, ускоренных в результате событий высокой энергии, таких как взрывы сверхновых, с атмосферой Земли. У мюонов высокая проникающая способность, они могут проникать через любые искусственные структуры почти со скоростью света в вакууме, достигая даже глубоких подземных уровней. Это позволяет точно измерять расстояние между детектором и объектом, даже если между ними находится препятствие, измеряя время полета мюона. Технология muPS использует эту проникающую способность мюонов.


Улучшение технологии muPS

В начальной стадии разработки технологии muPS, для измерения времени полета между детектором и приемником использовался кабель, что существенно ограничивало свободу навигации. Второе поколение системы "MuWNS" было разработано для реализации беспроводной синхронизации времени между детектором и приемником, устанавливая высокоточные часы на приемном детекторе.


Разработка третьего поколения системы

Однако современные технологии практически не позволяют стабильно работать часам с точностью менее 1 наносекунды в течение нескольких месяцев, поэтому в системе MuWNS не удалось достичь точности определения местоположения на уровне сантиметров (мюон проходит 30 см за 1 наносекунду). В связи с этим, исследовательская группа решила разработать третье поколение системы с еще большей точностью.


Успехи в разработке третьего поколения системы

В ходе исследований была разработана технология для точного определения позиции точки пересечения траектории мюона и приемного детектора, определяя точный вектор направления мюона и начальную точку вектора с использованием детектора с очень высоким угловым разрешением. Это позволило успешно разработать третье поколение системы - MuWNS-V. Точность навигации этой системы улучшилась с 2-14 метров до 3,9 см.


Применение технологии muPS

До сих пор не существовало беспроводной технологии навигации, которая могла бы предоставить абсолютные координаты с точностью до сантиметров внутри помещений или под землей. С разработкой MuWNS-V это стало возможным, что открывает путь для внедрения этой технологии в высокоточные роботы для автономного перемещения внутри помещений и под землей. Исследовательская группа планирует провести демонстрации с использованием роботов с автономным перемещением, оснащенных MuWNS-V, в качестве следующего шага.


Возможности технологии CTS

В настоящее время, технология беспроводной передачи времени UTC (координированное всемирное время) с точностью менее 1 микросекунды ограничена технологией GPS. Однако сигнал GPS уязвим и подвержен подделке, что создает риски при его использовании в высокочастотной торговле, где компьютеры автоматически реализуют стратегии торговли акциями в очень короткие промежутки времени, такие как миллисекунды. В отличие от этого, CTS, разработанный с использованием разработанной технологии, может обеспечивать высокую точность и безопасность.