Потому что спутники стали летать ниже.
На протяжении десятилетий спутники помогали метеорологам прогнозировать погоду, предлагали кабельным, телевизионным и радиопровайдерам способ передачи сигналов своим клиентам и предоставляли ученым инструмент для сбора данных для различных видов исследований. Огромные, дорогостоящие, стационарные антенны долгое время использовались для захвата этих сигналов, но теперь, когда низкоорбитальные спутники становятся все более распространенными, исследователи из Университета Карнеги-Меллона находят способы использовать спутниковые частоты с помощью небольших, недорогих, мобильных устройств.
Сигналы, передаваемые со спутников, удаленных на сотни км в космос, очень слабы, поэтому крайне важно, чтобы приемники имели достаточную мощность и достаточно прямую видимость для их эффективного захвата. Чтобы представить это в перспективе, адъюнкт-профессор Карнеги-Меллона по электротехнике и вычислительной технике Сварун Кумар сравнивает это с мобильным телефоном, пытающимся получить связь с вышек на расстоянии в 10-100 раз большем, чем то, что есть в настоящее время.
Чтобы создать дешевые, компактные, портативные приемники, Кумар и его коллеги начали искать способы усилить эти сигналы.
«Представьте, что вы берете массивную антенну и уменьшаете ее. Принимаемый вами сигнал становится намного слабее и шумнее, что затрудняет захват чего-либо полезного», говорит профессор Кумар. «Однако, используя множество спутников, мы нашли способ усилить эти сигналы, объединив их вместе, чтобы улучшить получаемые нами данные. Подумайте о камере вашего смартфона в условиях низкой освещенности или в ночном режиме: она делает много снимков, а затем объединяет их, чтобы сделать более яркое и четкое изображение».
Используя ту же идею, профессор Кумар и его коллеги-исследователи разработали новое портативное антенное устройство, получившее название «SelfieStick», вместе с внутренним программным обеспечением и алгоритмами для объединения ряда очень слабых сигналов передачи в нечто более существенное.
Чтобы продемонстрировать возможности этого нового метода, группа делает спутниковые снимки планеты Земля. В то время как данные с одного спутника дают зашумленный и невпечатляющий результат, объединение десяти или более фотографий создает изображение, сравнимое с изображением громоздкой и дорогой метеорологической антенны.
«Под капотом происходит много машинного обучения и обработки сигналов, чтобы правильно выровнять изображения», говорит профессор Кумар. «Изображения не компенсируют друг друга, а улучшают друг друга, устраняя шум».
Хотя ученый признает, что неуклюжие стационарные приемники по-прежнему являются самым быстрым способом получения кристально чистых спутниковых сигналов и изображений, он говорит, что использование нескольких приемников меньшего размера может дать аналогичный результат. Эти более экономичные приемники также позволяют операторам использовать их в разных местах, предоставляя разные виды полезности.
«Одна вещь, которая вдохновила нас на проведение этого исследования, – отсутствие доступа к инфраструктуре на земле. Спутниковая инфраструктура во многом коммодифицирована и может использоваться повторно, но антенны и приемники в значительной степени монополизированы теми, кто ими владеет и управляет. Больше всего на свете стоимость больших приемников ограничивается поиском кого-то, кто будет устанавливать эти обширные установки. Мы предполагаем возможность размещать и использовать эти маленькие приемники в любом месте, а не искать одно место для строительства громоздкой и дорогой конструкции».
В то время как аспект исследования Земли в разработке профессора Кумара является своего рода доказательством концепции, он считает, что этот метод может привести к лучшему способу использования интернета и телевизионных спутниковых сигналов без установки больших антенных приемников на крышах домов. Он считает, что этот метод также может привести к лучшему способу передачи сотовых сигналов.
В мае 2022 года исследователи представили свою работу на Международной конференции по обработке информации в сенсорных сетях, получив награду за лучшую статью. Это третий год подряд, когда группа получает награду, четвертый раз за последние пять лет.
