Ученые открыли новый метод использования «скрытых» данных для отслеживания изменений на Земле с помощью спутников Starlink

Ученые представили новый метод использования спутниковых данных для мониторинга изменений на Земле, что знаменует собой прорыв в области информационных ресурсов и позволяет получить множество новых данных о климате и гравитационном поле.

Тысячи спутников вращаются вокруг планеты, непрерывно передавая сигналы между космосом и Землей. Исследователи из проекта FFG Estimation Института геодезии Технологического университета Граца (ТУ Грац) разработали метод обнаружения мельчайших изменений в передаваемых ими сигналах, что позволяет по-новому отслеживать динамические процессы на Земле.

От подземных вод до орбиты

Сдвиги в уровне моря и запасах подземных вод изменяют гравитационное поле Земли, тонко влияя на траектории орбитальных спутников. Анализируя изменения в орбитальном позиционировании, ученые могут работать в обратном направлении, чтобы выявить сдвиги в гравитационном поле и их земные причины.

«Растущая доступность спутникового интернета, в частности, означает, что в нашем распоряжении огромное количество коммуникационных сигналов, которые по количеству и силе сигнала значительно превосходят сигналы навигационных спутников», — говорит Филипп Берглез из Института геодезии.

«Если мы сможем использовать эти сигналы для наших измерений, мы получим не только лучшую доступность сигнала, но и гораздо лучшее временное разрешение благодаря большому количеству спутников», — добавил Берглез. «Это также позволяет нам наблюдать за краткосрочными изменениями. Это означает, что помимо определения положения и изменений в гравитационном поле Земли, которые важны для исследования климата, можно также отслеживать погодные явления, такие как проливные дожди или изменения уровня моря, в режиме реального времени».

Труднодоступные данные

Частные компании, такие как Starlink, OneWeb и Amazon, охраняют информацию о своих постоянно меняющихся структурах сигналов. Кроме того, эти компании не публикуют в открытом доступе данные об орбите и измерениях расстояния, скрывая точное местоположение своих спутников.

Эти усилия по защите корпоративных преимуществ и запатентованных технологий крайне затрудняют использование учеными потока гравитационных данных, которые могут быть получены из спутниковых сетей. Высокая вероятность ошибки при использовании только оценочных данных затрудняет эту задачу.

Проведя детальный анализ сигналов Starlink, исследователи из Университета Граца наконец придумали способ получения значимых данных. Их анализ выявил в сигналах постоянно слышимые, но меняющиеся по тональности звуки. Используя эффект Доплера, при котором частота волны меняется в зависимости от положения наблюдателя, исследователи смогли точно определить положение спутника Starlink в пределах 50 метров. Подобное использование эффекта Доплера уже позволяет многим радарным системам, используемым полицией и метеорологами, определять скорость, расстояние и местоположение.

Совершенствование сбора данных

Исследователям необходимо провести дополнительную работу, чтобы пересмотреть метод сбора точных данных, повысив точность до нескольких метров. Несмотря на успешное доказательство концепции, в испытаниях использовалась только штатная антенна. Дальнейшее совершенствование оборудования и методов позволит повысить точность.

Одним из таких усовершенствований является использование антенны, которая может следовать за спутниками или собирать сигналы, поступающие с разных направлений. Вместо того чтобы полагаться на одну антенну, они также планируют использовать несколько антенн, объединенных в сеть, чтобы триангулировать показания и снизить уровень ошибок.

Чем больше измерений команда сможет собрать, тем точнее они смогут построить орбиту спутника, что даст им более основательную базу для расчета изменений гравитационного поля Земли. Наконец, исследователи работают над новыми методами обработки сигналов.

Исследователи надеются на дальнейший прогресс

«Благодаря возможности использовать сигналы связи для геодезии мы открыли огромный потенциал для еще более детального изучения и измерения нашей Земли», — говорит Берглез.

«Сейчас речь идет о повышении точности. Как только нам удастся это сделать, мы сможем еще точнее понять, какие изменения претерпевает наш мир», — добавил Берглез.

Наконец, исследователи хотят снять возможные сомнения в конфиденциальности своей работы. Отслеживая сигналы, они не расшифровывают то, что в них говорится.

«На всякий случай я хотел бы уточнить: мы анализируем сигналы связи, но не можем и не хотим знать их содержание».

«Мы используем их только для позиционирования и наблюдения за орбитами, — добавил Берглез, — чтобы определить гравитационное поле Земли».