Викрам Сингх Квантовая навигация

Квантовая навигация обычно ассоциируется с атомными акселерометрами и гироскопами. Они измеряют движение объекта без внешних радиосигналов и позволяют значительно уменьшить дрейф инерциальной системы.

Но существует еще одна величина, без которой современная навигация невозможна.

Это время.

Любая сложная навигационная система должна не только знать координаты и ориентацию, но и точно понимать, когда было выполнено каждое измерение.

Для спутниковой навигации точное время вообще является основой определения расстояния.

Для автономной навигации стабильные часы позволяют:

синхронизировать датчики;

сохранять временную шкалу при потере GNSS;

поддерживать связь;

выполнять точные измерения частоты;

уменьшать ошибки объединения данных;

быстрее восстанавливать спутниковую навигацию после исчезновения помех.

И здесь атомы снова оказываются практически идеальным эталоном.

Только теперь используется не движение атома, как в интерферометре, а частота перехода между его квантовыми энергетическими состояниями.

Почему навигации вообще нужны часы

Представим самолет, на котором работают:

три акселерометра;

три гироскопа;

GNSS-приемник;

барометр;

радиолокатор;

камера;

магнитометр.

Каждый датчик передает данные в свой момент времени.

Чтобы объединить их, навигационный компьютер должен знать время каждого измерения.

Если акселерометр сообщил ускорение в один момент, а камера дала координатную поправку на несколько миллисекунд позже, эти данные нельзя бездумно считать одновременными.

При больших скоростях даже небольшая ошибка синхронизации превращается в пространственную ошибку.

Пусть объект движется со скоростью:

Если временная ошибка составляет:

то объект за это время пройдет:

При более высоких скоростях эффект возрастает.

Следовательно, время является такой же частью навигационного состояния, как координаты и скорость.

PNT

Именно поэтому используется термин:

PNT — Positioning, Navigation and Timing

то есть:

позиционирование;

навигация;

точное время.

Эти три функции тесно связаны.

Современный GNSS-приемник фактически является одновременно:

навигатором;

высокоточным источником времени.

Атомные часы позволяют сохранить вторую функцию даже тогда, когда внешняя спутниковая синхронизация исчезает.

Как GNSS измеряет расстояние

Спутник передает сигнал, содержащий информацию о моменте его излучения.

Приемник определяет момент прихода.

Если время распространения равно