新导航系统使用手机信号驾驶飞机以防 GPS 故障

如果飞机的 GPS 信号受到干扰或中断，安装在气球上的传感器组成的安全网可以监听卫星和手机信号塔的情况，从而挽救生命。

科学家们正在测试全球定位系统（GPS）的替代方案，该系统使用电话信号作为飞行员的紧急备份，以防他们的标准飞行设备被堵塞或发生故障。

31 颗正在运行的 GPS 卫星每天绕地球运行两次，发出精确的信号，地面接收器可以接收并分析这些信号，以确定它们与卫星的距离。 GPS 设备使用来自三颗卫星的数据来精确三角测量用户的精确位置。

尽管 GPS 非常可靠（美国联邦航空管理局 (FAA) 证明它 95% 的时间精确度在 7 米以内），但它也不能避免问题。在冲突地区及其周边地区，GPS 连接不可靠，并且可能会被恶意方干扰。黑客还可以“欺骗”GPS 信号，向飞行员提供有关其位置或行进方向的误导性信息。除此之外，GPS 系统可能会发生故障或完全停止工作。如果商用客机失去 GPS 信号，机上所有人都可能面临危险。

除此之外，GPS 系统可能会发生故障或完全停止工作。如果商用客机失去 GPS 信号，机上所有人都可能面临危险。

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“整个社会都会感受到失去 GPS 的影响，”该研究的主要作者 Jennifer Sanderson（桑迪亚国家实验室的电气工程师、导航算法专家）在一份声明中.

该项目由桑迪亚国家实验室和俄亥俄州立大学的研究人员开展，旨在为机载导航系统创建一个强大的安全网，该系统使用浮动接收器来检测来自与飞机相关的通信卫星和手机信号塔的无线电波。然后它使用这些信息为飞行员提供导航数据。

可用于导航的信号，即使这不是其预期用途，也被该领域的科学家称为“机会信号”。它们可能依靠诸如多普勒效应之类的过程来确定位置和速度，在多普勒效应中，波会根据波是否靠近或远离某个定义点而被压碎或拉伸。

在这种情况下，研究人员将天线有效载荷绑在气象气球上，并将其送入平流层——距地球表面约 4 至 31 英里（6 至 50 公里）的地球大气层——位于卫星和塔之间，旨在检测他们各自的信号。理论上，如果飞行员失去 GPS 信号，这些有效载荷可以充当紧急信标。

目前，研究人员必须根据可用的参考数据手动确定哪些卫星发送了哪些信号。展望未来，该团队将致力于使用算法来允许有效载荷自动识别卫星以及这与用户的实时位置和速度的关系。

桑德森说：“虽然我们仍在处理飞行数据，但我们相信我们的初步调查结果表明，我们在约 82,000 英尺 [25,000 米] 的最高海拔处检测到了手机塔信号信标。” “如果这些信号对于导航来说足够干净，它将显着改变我们对替代导航的看法。”

之前的技术测试是在 5,000 至 7,000 英尺（1,500 至 2,100 m）之间进行的，而这个新项目已将有效载荷发送到高达 80,000 英尺（24,300 m）的高度。如果有效载荷能够从这个高度可靠地返回导航数据，它可能会给航空旅行带来现实的好处。

尽管有效载荷漂浮在高空，以便更好地接收来自远低于地面的通信卫星和手机信号塔的信号，但这并不是一种万无一失的方法。卫星将无线电波集中到地球，以获得地面上的最佳信号，因此不能保证在气象气球高度接收到强信号。

研究人员必须逐步提高检测能力和速度，以解决这种潜在的错误问题。