VSL, TU Delft en VU Amsterdam ontwikkelen robuust en nauwkeurig navigatiesysteem

Wetenschappers van VSL, TU Delft en VU Amsterdam ontwikkelden een uiterst nauwkeurig alternatief navigatiesysteem. Dit systeem heeft een nauwkeurigheid van 10 centimeter. Het biedt een glimp van de toekomst. Daarin kunnen telecommunicatienetwerken zowel connectiviteit als tijd- en locatie-afhankelijke toepassingen bieden. En dit met een nauwkeurigheid die veel hoger en sneller is dan die van satellietnavigatiesystemen zoals GPS.

De wetenschappers implementeerden het systeem in een hiervoor speciaal ontwikkeld mobiel netwerk. De resultaten vormen de eerste demonstratie van een systeem dat zowel connectiviteit kan bieden zoals mobiele en Wi-Fi netwerken, als nauwkeurige plaats- en tijdinformatie zoals GPS. De onderzoekers verwachten dat deze technologie van belang zal zijn voor diverse toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan automatisch rijdende voertuigen, quantumcommunicatie, duurzame energieopwekking en de volgende generatie mobiele netwerken.

SuperGPS-project

De resultaten stromen voort uit het SuperGPS-project. Dit is een samenwerking tussen de VU Amsterdam, TU Delft en VSL – het Nationaal Metrologisch Instituut van Nederland. “Het doel van het project was om een alternatief plaatsbepalingssysteem te ontwikkelen, op basis van het mobiele netwerk in plaats van satellieten. Het systeem is bovendien robuuster en nauwkeuriger dan GPS.” Dat zegt Jeroen Koelemeij, assistent professor bij de Vrije Universiteit Amsterdam.

Groeiende behoefte aan alternatief navigatiesysteem

Veel vitale infrastructuur is afhankelijk van satellietnavigatiesystemen zoals het Amerikaanse GPS en het Europese Galileo. Deze systemen kennen echter beperkingen en kwetsbaarheden. De ontvangen radiosignalen zijn zwak. En de plaatsbepaling wordt onnauwkeurig wanneer de radiosignalen door gebouwen worden gereflecteerd of geblokkeerd. Daarbij nemen de zorgen van de nationale autoriteiten toe dat steeds meer (illegale) stoorapparatuur radiogolven storen.

“Flink wat vitale infrastructuur maar ook burgers en autoriteiten, zijn afhankelijk van GPS- en vergelijkbare satellietnavigatiesystemen. Maar er is geen backup-systeem.” Aan het woord is Christian Tiberius van de Technische Universiteit Delft en coördinator van het project. “We realiseerden ons dat we met een paar slimme innovaties het telecommunicatienetwerk konden transformeren in een zeer nauwkeurig alternatief voor GPS.”

Een hybride glasvezel-draadloos systeem

Een van de innovaties bestaat uit het aansluiten van een zeer nauwkeurige atoomklok op het mobiele netwerk. Hierdoor kan het systeem perfect getimede berichten versturen voor plaatsbepaling. Dit gebeurt net zoals GPS dat doet met behulp van atoomklokken in de satellieten. Deze aansluiting maakt gebruik van het bestaande glasvezelnetwerk. “Met deze techniek kunnen we het netwerk in een landelijke gedistribueerde atoomklok veranderen, met talloze nieuwe toepassingen zoals nauwkeurige plaatsbepaling. En met het hybride glasvezel-draadloze systeem dat we nu hebben ontwikkeld, kan in principe iedereen toegang krijgen tot onze atoomtijd. Het biedt een extreem nauwkeurige radioklok die tot op een miljardste van een seconde gelijk loopt”, zegt Erik Dierikx, wetenschapper bij VSL.

Grote bandbreedte

Daarnaast maakt het systeem gebruik van radiosignalen met een veel grotere bandbreedte dan gebruikelijk. Dit helpt om verwarrende reflecties in de navigatieapparatuur te herkennen. Daardoor kan de plaatsnauwkeurigheid worden verhoogd. “Tegelijkertijd is bandbreedte in het radiospectrum schaars en daardoor duur. Dat omzeilen we door middel van signalen in een aantal smallere bandbreedtes, verspreid over een grote ‘virtuele’ bandbreedte. De signalen gebruiken dus in feite maar een klein deel van het radiospectrum, en ze lijken ook meer op wat nu gebruikt wordt in mobiele netwerken”, aldus Gerard Janssen van de TU Delft.

De resultaten, gepubliceerd in Nature zijn mede mogelijk gemaakt door subsidies van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), domein Toegepaste Technische Wetenschappen.

Foto: TU Delft/Stephan Timmers