據(jù)西班牙《趣味》月刊網(wǎng)站4月22日報(bào)道，當(dāng)我們使用全球定位系統(tǒng)(GPS)搜索地址或?qū)Ш铰肪€時(shí)，很少意識到它的脆弱性。身處隧道、偏遠(yuǎn)地區(qū)或遇到信號干擾時(shí)，定位便會(huì)消失。在大規(guī)模應(yīng)用中，這種缺陷可能造成嚴(yán)重后果——從飛機(jī)迷航到軍事行動(dòng)受挫。在關(guān)鍵場景下，僅依賴衛(wèi)星信號并非萬全之策。

澳大利亞企業(yè)Q-CTRL的科學(xué)家們深諳此理，他們開發(fā)出一款名為MagNav的全新導(dǎo)航系統(tǒng)。這套無需衛(wèi)星、抗干擾的系統(tǒng)經(jīng)測試顯示，其精度可達(dá)現(xiàn)有備用系統(tǒng)的50倍。該技術(shù)基于量子物理原理，利用地球磁場作為導(dǎo)航基準(zhǔn)。研究成果2025年4月發(fā)表在美國預(yù)印本文獻(xiàn)庫網(wǎng)站上，代表著定位技術(shù)領(lǐng)域的里程碑。

MagNav系統(tǒng)的原理早已為人所知：地球磁場并非均勻分布，受局部地質(zhì)影響產(chǎn)生的微小變異(稱為磁異常)可被檢測并繪制成參考地圖。只要配備足夠靈敏的傳感器，通過比對實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)與這些地圖，就能精確定位物體。

此前的瓶頸在于技術(shù)層面?，F(xiàn)有磁力計(jì)噪聲過大或穩(wěn)定性不足，且交通工具自身產(chǎn)生的電磁噪聲會(huì)干擾讀數(shù)。此外，測量數(shù)據(jù)與地圖的比對算法也不夠穩(wěn)妥。MagNav系統(tǒng)通過結(jié)合Q-CTRL設(shè)計(jì)的量子傳感器與實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)算法，有效過濾噪聲并適配不同交通工具及環(huán)境。

研究團(tuán)隊(duì)表示：“我們的方法將降噪與地圖比對整合為單步流程，而非獨(dú)立處理?！边@使得系統(tǒng)無需特定校準(zhǔn)操作即可自動(dòng)調(diào)整，這是其他磁導(dǎo)航技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。

MagNav的核心是銣原子磁力計(jì)這類量子傳感器。其工作原理基于可光學(xué)檢測的原子自旋進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，靈敏度極高。

單個(gè)傳感器僅重70克，體積144立方厘米，可安裝于汽車、飛機(jī)或無人機(jī)等各類交通工具。在塞斯納飛機(jī)內(nèi)外進(jìn)行的測試表明，即便存在強(qiáng)磁干擾，該系統(tǒng)精度仍超越現(xiàn)有最佳慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

此外，MagNav不發(fā)射任何類型的信號。這種被動(dòng)特性使其不會(huì)被雷達(dá)或敵方設(shè)備探測，在軍事或敏感環(huán)境中具有關(guān)鍵戰(zhàn)略優(yōu)勢。

Q-CTRL團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了空中與地面雙重驗(yàn)證?？罩性囼?yàn)是在一架小型飛機(jī)上進(jìn)行的，飛行高度從地面到1.9萬英尺(約合5790米)不等，累計(jì)飛行6700公里。在最嚴(yán)苛條件下，MagNav最終定位誤差僅22米。

研究報(bào)告指出：“當(dāng)外部搭載量子磁力計(jì)并結(jié)合矢量速度輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)時(shí)，可獲得約46倍的精度優(yōu)勢?！边@意味著MagNav比頂級商用慣性系統(tǒng)精確46倍。即便傳感器安裝于機(jī)艙內(nèi)，精度仍比傳統(tǒng)慣性系統(tǒng)提升11至38倍。

地面測試在澳大利亞新南威爾士州奧蘭治市南部的瀝青與砂石路上進(jìn)行。在未做電磁屏蔽與防振處理的普通車輛上，MagNav實(shí)現(xiàn)了比慣性導(dǎo)航系統(tǒng)高7倍的精度，創(chuàng)下磁異常陸地導(dǎo)航新紀(jì)錄。

該系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是其適應(yīng)性。不同于需要預(yù)先校準(zhǔn)或特殊操作來學(xué)習(xí)交通工具磁特性的其他方法，MagNav通過持續(xù)估算載體對地磁場的干擾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)。

報(bào)告稱：“算法啟動(dòng)時(shí)無需預(yù)先掌握載具磁特性，僅基于合理物理假設(shè)即可工作?！彪S著任務(wù)進(jìn)行，系統(tǒng)會(huì)自主更新參數(shù)，支持無預(yù)校準(zhǔn)的冷啟動(dòng)模式，也可利用歷史配置實(shí)現(xiàn)熱啟動(dòng)。

這種基于物理模型而非純統(tǒng)計(jì)技術(shù)的方法，使其對載重、航向或緯度變化具有更強(qiáng)適應(yīng)性，并能在地磁復(fù)雜的極區(qū)或惡劣空間天氣條件下運(yùn)行。

盡管成果顯著，研究者坦承當(dāng)前的局限：該系統(tǒng)依賴全球高精度磁力地圖，但某些區(qū)域數(shù)據(jù)尚不完善，尤其是海洋。此外在地磁變化平緩區(qū)域，定位耗時(shí)可能延長。

另一個(gè)因素是空間天氣的影響，如太陽風(fēng)暴會(huì)暫時(shí)擾動(dòng)磁場，影響精度。不過算法已設(shè)計(jì)有識別和緩解此類干擾的功能。

Q-CTRL團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，將該技術(shù)與其他系統(tǒng)(例如基于視覺或雷達(dá)的系統(tǒng))相結(jié)合，可打造更強(qiáng)大的導(dǎo)航解決方案。目前MagNav已證明，不依賴衛(wèi)星或外部信號就能實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航，而這在不久前還是不可想象的。（編譯/韓超）