Dokładniejsze wykrywanie sygnałów z pulsarów
Pulsary to szybko wirujące gwiazdy neutronowe, które emitują promieniowanie elektromagnetyczne docierające na Ziemię jako serie impulsów. Sygnały emitowane przez pulsary są bardzo stabilne, co teoretycznie pozwala używać ich jako kosmicznych latarni morskich. Czy byłoby jednak w przyszłości możliwe całkowite zastąpienie nawigacji GPS nawigacją pulsarową, na przykład w kontroli lotów? Aby zbadać tę możliwość, badacze powołali do życia projekt PULSARPLANE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (PulsarPlane: Worldwide air transport operations). Choć pulsary mogą być używane do nawigacji, ich wykrycie bywa utrudnione. Partnerzy projektu poczynili postępy w dziedzinie konstrukcji anten, układów radiowych i metod przetwarzania sygnału, torując drogę dla technik szybszego i dokładniejszego wykrywania sygnałów z pulsarów. Pierwszą trudnością jest bardzo niska moc sygnału. Badacze zaproponowali zastosowanie dużych szyków antenowych wbudowanych w skrzydła samolotu, co pozwoliłoby objąć obserwacją dużą część nieba. Planarne konstrukcje anten nie zakłócają aerodynamiki skrzydeł. Różnice między czasami odebrania sygnału przez poszczególne anteny pozwolą określić kierunek sygnału. Ponieważ sygnały są słabe, konieczne jest stosowanie koherentnych struktur wykrywania o precyzyjnej synchronizacji czasowej. Zbadano różne architektury odbiorników radiowych, poddając ocenie ich skuteczność w ograniczaniu interferencji i poprawianiu stosunku sygnału do szumu. Wszystkie rozwiązania radiowych układów przetwarzających wymagały stosowania skomplikowanych filtrów i zaawansowanych konwerterów analogowo-cyfrowych o wysokiej częstotliwości próbkowania i rozdzielczości. Konieczne też było użycie wzmacniaczy częstotliwości radiowych o zwiększonej czułości, aby uniknąć zagłuszania słabych sygnałów szumami. Ponieważ położenia pulsarów nie są dokładnie znane, a w dodatku obiekty te poruszają się względem Ziemi z ogromną prędkością, do określenia czasu transmisji impulsu niezbędny jest piąty sygnał pulsarowy. Uwzględnianie w obliczeniach ruchu względnego Ziemi i pulsarów wymagałoby opracowania almanachu zawierającego szczegółową listę pulsarów wraz z czasami nadejścia sygnałów w ustalonych lokalizacjach. Przeprowadzono też dokładne badania dwóch metod przetwarzania sygnału stosowanych do wyodrębniania informacji o pulsarach: składania okresów i filtrowania dopasowanego. Być może w przyszłości będzie możliwe zastąpienie sygnałów GPS sygnałami z pulsarów. Póki co jednak system GPS pozostanie metodą najdokładniejszą, nawet uwzględniając ciągły postęp techniczny. Wykrywanie słabych sygnałów wymaga niestety bardzo dużych anten, przez co metoda ta raczej nie znajdzie zastosowania w samolotach, a już na pewno nie w urządzeniach przenośnych.
Słowa kluczowe
Sygnały z pulsarów, nawigacja, GPS, PULSARPLANE, transport lotniczy, samoloty
