Algoritmo transforma sinais de satélites de comunicação em sinais de GPS

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/05/2023

Usando qualquer rede de satélites de comunicação de órbita baixa, o sistema obteve resultados comparáveis ao GPS.
[Imagem: Kozhaya et al. (2023)]

GPS sem satélite de GPS

Pesquisadores desenvolveram um algoritmo que capta qualquer sinal de qualquer satélite de comunicação e usa esse sinal para localizar qualquer ponto na Terra, de modo muito parecido com os sistemas de posicionamento global.

Eles essencialmente criaram uma alternativa ao GPS sem precisar lançar nenhum satélite novo.

"Ouvir" os sinais de oito satélites em órbita baixa da Terra por cerca de 10 minutos foi suficiente para que o algoritmo conseguisse uma precisão sem precedentes na localização de um receptor estacionário no solo, chegando às suas coordenadas com um erro de apenas 5,8 metros.

Os pesquisadores não precisaram da assistência das operadoras de satélite para usar os sinais e enfatizam que não tinham acesso aos dados reais enviados pelos satélites - apenas às informações disponíveis publicamente relacionadas à frequência de transmissão dos satélites e a uma estimativa aproximada da localização dos satélites.

A ideia é utilizar sinais dos satélites em órbita baixa como uma alternativa para as necessidades humanas de posicionamento, navegação e temporização, já que eles residem cerca de 20 vezes mais perto da Terra do que os satélites GNSS (Sistema Global de Navegação por Satélite), que ficam na órbita média da Terra, um pouco mais de 20.000 quilômetros acima do planeta.

"Estamos testemunhando um renascimento espacial. Dezenas de milhares de satélites de órbita baixa serão lançados ao espaço na próxima década, levando ao que é conhecido como megaconstelações," disse Zak Kassas, da Universidade do Estado de Ohio, nos EUA. "Os sinais transmitidos por esses satélites revolucionarão inúmeras tecnologias e beneficiarão a investigação científica em campos como o sensoriamento remoto."

Unidade de teste estacionária montada pela equipe.
[Imagem: Kozhaya et al. (2023)]

Alternativa ao GPS

O que torna esta técnica tão diferente de todas as outras tentativas de criar uma alternativa ao GPS é que, ao contrário dos experimentos anteriores, o algoritmo não precisa fazer uma engenharia reversa do sinal do satélite.

"Nosso algoritmo é independente da constelação de órbita baixa," disse Kassas. "Nosso receptor pode ouvir praticamente qualquer sinal de satélite, treinar com os dados que está recebendo em tempo real e, em seguida, decifrar certas características do sinal de forma que possamos reconstruir o que eles estão transmitindo em dados de localização."

Como demonstração, a equipe aplicou o algoritmo a quatro diferentes constelações de satélites: Starlink, OneWeb, Orbcomm e Iridium. O programa interpretou todos esses sinais, praticamente sem conhecimento prévio sobre o que estava sendo transmitido.

Além disso, o algoritmo é tão sofisticado que permitiu estimar onde os satélites estão no espaço: Para usar um satélite para posicionamento, é necessário saber onde o satélite está localizado. "Esse é um problema muito desafiador porque os satélites de órbita baixa normalmente não transmitem sua localização, e nossas estimativas disponíveis publicamente de onde eles estão têm margens de erro de alguns quilômetros," disse Kassas.

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Tão bom quanto GPS

Durante um experimento para testar como os sinais funcionavam como um sistema de posicionamento preciso, os pesquisadores definiram a estimativa de posição inicial de um receptor terrestre como se ele estivesse no telhado de um prédio na Universidade da Califórnia em Irvine, um local a mais de 3.600 quilômetros de distância da sua posição real, na Universidade de Ohio. Usando as constelações de satélites para adivinhar onde exatamente o receptor estava, o algoritmo errou por apenas cerca de 5 metros.

Em outro experimento, os pesquisadores testaram como o algoritmo se sairia em um veículo em movimento, montando o receptor no teto de um carro. Primeiro, eles usaram a tecnologia de navegação normal, que depende de um receptor GPS acoplado a um sistema de navegação inercial, saíram rodando, desligaram o GPS, e então rodaram por mais um quilômetro. O algoritmo errou por 4,4 metros de distância.

Mas a equipe acredita que dá para melhorar, sobretudo quanto à confiabilidade. "O GPS é um sistema muito maduro, no qual confiamos nossas vidas," disse Kassas. "Para podermos confiar nossas vidas a novos tipos de sinais, teremos que fazer mais estudos sobre sua precisão, integridade e continuidade."

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