2020 年 3 月，一支美国空军飞行员团队在加利福尼亚州上空的晴朗天空进行了一项独特的实验，探索如果飞机的 GPS 系统突然被切断，可能采取的对策，该系统可以确定飞机的位置，以便将其传输到地面控制器。在飞机上，对一种利用手机信号的全新备用导航系统进行了测试。该实验被证明是一个巨大的成功，指出了GPS的新的和急需的潜在备份。
令人惊讶的是，这种新型导航系统可以跟踪飞机一百多公里，并且在不同的高度，精度在个位数米。6月20日发表在IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems上的一项研究对研究结果进行了描述。
很难想象没有包括 GPS 在内的全球导航卫星系统 （GNSS） 的生活。但是，有许多自然和人为的威胁可能会摧毁这一重要资源，这些资源被用于谷歌地图等不可或缺的应用程序和无数军事系统，这凸显了对备份技术的需求。
例如，在城市地区，GPS信号往往很弱，这些城市地区密集，高大的混凝土建筑物，如果足够严重，只有一个太阳耀斑就可以使GNSS瘫痪数天。但也许最令人担忧的是恶意攻击者，他们故意干扰GNSS信号。
俄亥俄州立大学电气和计算机工程教授、美国交通部多模态导航自动驾驶汽车研究中心（CARMEN）主任扎克·卡萨斯（Zak Kassas）指出：“在过去十年中，GNSS干扰和欺骗事件一直在冒泡，在2024年达到爆发，从波罗的海到大西洋再到地中海，发生了许多与航空相关的事件。
在一次距离约为43公里的试飞中，无线电SLAM系统能够跟踪飞机，统计计算的误差仅为7米。
据报道，今年早些时候，俄罗斯发起了一场激烈的GPS欺骗活动，迫使波罗的海地区的民用航空公司将飞机停飞超过63小时。与此同时，据称以色列的GPS欺骗已经破坏了黎巴嫩商业航空公司的民用飞行员使用GPS导航的能力，促使他们放弃该技术，使用指南针和纸质地图飞行。根据一家飞机制造商的数据，仅在 2021 年，就发生了 10,000 多次欺骗和干扰攻击。
十多年来，Kassas一直致力于开发GNSS的替代品，这些替代品可以减轻这些威胁，从而有可能挽救生命。此前，他开发了一种新技术，利用Starlink卫星的相对位置，使行驶中的汽车能够确定其位置。最近，他和他的团队与美国空军合作试行了他们的新技术，称为无线电同步定位和测绘（SLAM）。
这种无线电SLAM系统的工作原理是检测周围手机基站塔不断发出的信号。重要的是，这些信号是由不同的全向无线电子信号组成的复杂阵列，SLAM系统可以使用它们来创建其周围环境的地图。
它通过查看代码和信号的载波相位来做到这一点，这些载波相位指示无线电子信号在到达移动车辆（在本例中为飞机）上的接收器时的各种延迟。Kassas的系统还测量信号到达接收器时的多普勒效应，这揭示了其相对于周围手机基站的运动。
“GNSS干扰和欺骗事件在过去十年中一直在冒泡，在2024年达到爆发，发生了许多与航空相关的事件。”——Zak Kassas，俄亥俄州立大学
总之，这些测量结果允许每时每刻地计算飞机的位置，而无需GNSS。当手机信号塔位置未知时，系统会同时映射信号塔位置，同时精确定位车辆。
除了开发用于这些计算的软件外，卡萨斯和他的团队还开发了一种创新的接收器，可以检测到数千英尺高空中的许多手机信号。这是一项重大的技术进步——虽然以前的接收器在高海拔地区只能接收到十几个这样的信号，但他们的新接收器可以一次检测到 100 多个。
经过理论和地面实验后，卡萨斯和他的同事们与美国空军合作进行了试飞。飞行员以几种不同的编队飞行，从一致高度的直线到像过山车一样上下飞行。
卡萨斯说，在高达23,000英尺的高度，以及距离手机基站超过100公里的水平距离，蜂窝信号“非常强大”。例如，在一次距离约为43公里的试飞中，无线电SLAM系统能够跟踪飞机，统计计算的误差仅为7米。
值得注意的是，在这些试飞期间，数据不是实时处理的，而是在之后处理的。“我们的目标是解决基础研究问题，以突破什么是可能的，什么是不可能的极限，”他说。“一旦研究成熟，我们就可以开始考虑将其实时化，这与其说是研究问题，不如说是工程设计问题。”
特别是，需要开发新的计算设计来进行实时数据分析，这最终可能会将这种新型SLAM系统推向天空。
