Исследователи разрабатывают биоинспирированный метод геолокации, основанный на поляризации дневного неба.
Первый парень на Земле, который когда-либо заблудился, вероятно, сказал себе: «Я действительно мог бы использовать набор географических координат, выраженных в виде широты и долготы прямо сейчас». Шло время, развивались неокортексы, и со временем компасы и секстанты уступили место глобальным навигационным спутниковым системам для геопозиционирования и навигации.
Однако эти системы часто ненадежны и подвержены глушению и спуфингу. Магнитные компасы, хотя и полезны, подвержены магнитным помехам, а небесная навигация возможна только в ясную ночь без помех светового загрязнения.
Французская исследовательская группа, разрабатывающая альтернативный метод геопозиционирования, искала примеры методов геолокации в биологии. В то время как многие виды птиц и насекомых калибруют свои магнитные компасы по движению звезд вокруг магнитного полюса Земли, они отметили, что некоторые виды перелетных птиц калибруют свой внутренний компас в течение дня на основе моделей поляризации неба . Теория предполагает, что солнечный свет рассеивается мелкими частицами, присутствующими в атмосфере Земли, и с годами исследователи разработали навигационные методы без GPS, использующие эту модель.
Исследователи привели конкретный пример пустынного муравья Cataglyphis. Эти муравьи добывают мертвых насекомых при дневном свете, охотясь зигзагами. Каждый раз, когда муравей меняет направление, он поднимает голову и смотрит на солнце. Когда он находит источник пищи , он возвращается прямо к гнезду по прямой линии, чтобы свести к минимуму прямое воздействие солнечного света в жару пустыни, по существу вычисляя свой курс с помощью анализа поляризации биологического фонаря.
Исследовательская группа теперь сообщает о системе под названием Skypole, которая использует поляриметрическую камеру для измерения степени поляризации светового неба, вращающегося вместе с солнцем. Обрабатывая захваченные изображения неба, команда смогла определить положение северного небесного полюса и точно определить широту и азимут наблюдателя. Их исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences .
Принято считать, что животные используют поляризацию неба для определения геолокации, но неясно, как они используют эту информацию. Команда взяла пример из теории о том, что виды животных, такие как Cataglyphis, используют временные свойства картины поляризации неба, чтобы позиционировать себя, и разработали систему, которая сравнивает поляриметрические изображения неба, чтобы найти истинный север.
Команда сравнила изображения, сделанные в два разных момента с временными интервалами от 30 до 60 минут, и вычислила различия по двум характеристикам: степени линейной поляризации и углу линейной поляризации. Их алгоритм учитывает постоянство степени линейной поляризации на небесном северном полюсе, а также двух переменных, зафиксированных на изображениях.
Описанный ими метод имеет ряд преимуществ: используя только визуальную информацию, система определяет геолокацию с достаточной точностью, не полагаясь на время, дату или исходное положение. Их пакет обработки изображений минимален и работает со скромными вычислительными ресурсами. Однако интервалы получения изображений и степень точности системы в настоящее время не позволяют использовать определенные приложения геолокации.
Исследователи пишут: «Однако стоит отметить, что этот алгоритм был максимально простым и что более сложный алгоритм обработки данных, несомненно, значительно повысит точность… в будущих исследованиях особое внимание следует уделять фильтрации изображений. чтобы уменьшить влияние шума». Кроме того, они отмечают, что их исследование может внести новую гипотезу в отношении использования визуальной информации животными для геолокации.
Теги: навигация, связь
