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导航不再靠卫星,量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

2019-07-06来源:南方热线

未来导航不再靠卫星, 量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

导航不再靠卫星,量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

量子罗盘技术革命

英国国防部希望在核潜艇内运用新的量子罗盘定位技术,因为核潜艇的航行需要极大的隐蔽性及精确性。

继20世纪初量子理论出现后,现在正发生变革性技术的第二次量子革命。量子罗盘的问世,显示这项技术正在实现新的突破。

全球定位系统(GPS)为人们出行导航提供了便利,并已经成为人们生活中不可缺少的一部分。

但这种卫星导航技术也有它的局限性。比如,在室内或是受到外来信号的干扰等,尤其是在核潜艇和油轮等方面,仅仅依赖卫星导航系统不可靠。

英国格拉斯哥科技公司M Squared Lasers与伦敦帝国理工学院联手共同研发了一种大有潜力的“量子罗盘”,它利用量子加速度感应器可以精确定位。

这种过冷铷原子技术(super-cooled rubidium atoms)据说连俄罗斯人都无法对其进行干扰。该“量子罗盘”(quantum compass)模型最近在伦敦的一次大会上亮相。


量子罗盘前途无量

“量子罗盘”用激光使原子处于极低温度下,然后用量子力学来测量和计算这些超低温原子随其载体行进时在速度上出现的细微变化。

将“量子罗盘”安装在车船等交通工具上后,只要有载体的初始位置,它就可以根据测到的速度变化计算出载体当前所处位置,完全不依赖外部信号。

目前这种量子"罗盘"的应用对象主要是大型船只、火车等大型交通工具,但它的工作原理也适用于基础科研项目,比如探测暗能量和引力波等。研究团队希望技术成熟后能将这个系统应用到更多领域中。

英国国防部一直在投资建造一种独立的导航装置。它认为这种装置在其核潜艇上能派上特别的用场,核潜艇需要秘密航行、与外部世界隔绝。

研发该导航装置的资金来自国防部的研究部门防务科技实验所、英国工程学和物理学研究理事会以及英国创新署。

据《金融时报》报道,2013年,量子研究被英国政府确定为优先领域,研究重点是军事技术。此后,通过英国国家量子技术计划,英国政府在5年内对该领域的项目投资了2.7亿英镑(约合3.5亿美元)。

GPS工作原理

导航不再靠卫星,量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

GPS工作原理

GPS最初是由美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的标准时间。

该系统包括太空中的31颗GPS人造卫星;地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站,及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星,就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度;所能接收到的卫星讯号数越多,译码出来的位置就越精确。

该系统由美国政府于1970年代开始进行研制,并于1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机,比如智能手机即可使用该服务。

现在,无论军用和民用GPS都可以达到精度在10米以下的定位服务。

导航不再靠卫星,量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

GPS卫星信号脆弱,容易受到攻击。

它使用低频讯号,即使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性。因此快速、省时、高效,并可移动定位。

虽然卫星导航具备以上优点,并被广泛应用在军事以及民用生活中,但GPS的弱点也越来越引起军用和民事当局的关注,特别是它的信号容易受到干扰和阻断。

例如,据情报部门获悉,至少有两次由于俄国测试"欺骗性"装置,导致莫斯科以及黑海地区居民的手机GPS系统受到干扰,无法正常工作。

导航不再靠卫星,量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

格拉斯哥科技公司M Squared Lasers的约瑟夫·汤姆认为,这种量子技术就可以避免这样的事情发生。

他称,GPS信号很容易被阻断。一旦这种情况发生,人们手机中的导航系统就会受到干扰。但新的量子技术就可以避免这样的干扰,因为它不依赖信号来回传递。

据说,该科技公司研制的系统所使用的技术比GPS还古老,它使用惯性导航技术(inertial navigation)。该装置利用感应器来确定其速度和方向。

导航不再靠卫星,量子罗盘技术革命将取代GPS导航定位

核潜艇内运用新的量子罗盘定位技术

从理论上来讲,只要该系统知道最初起点的位置,它就会计算出之后的一切。

该系统最初所遇到的问题是它可能会出现偏离,需要经常矫正。然而,通过利用过冷铷原子技术就可以几乎避免所有的偏离问题,大大改善了该系统的表现。

但至少将来它可以替代 GPS ,让人们多一种选择。特别是它不受信号有无的影响,所以在地底、水下也同样可以精确导航,对核潜艇、船舶运输等具有重要用途。但短期内可能还不会普及到手机导航上。

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