Christian Tiberius, gps-expert van de universiteit, ondervindt de problemen met gps-navigatie geregeld aan den lijve. „Als je een parkeergarage uitrijdt, duurt het soms seconden voordat het navigatiesysteem de positie van de auto heeft bepaald. Moet je bij de uitgang links- of rechtsaf? Vaak moet je eerst een rondje rijden voordat het systeem het gps-signaal weer oppikt.”

Gps werkt in het algemeen probleemloos, maar kent zijn beperkingen. In een stad met veel hoogbouw kan de navigatie van een auto het satellietsignaal niet altijd ontvangen, omdat het systeem de satelliet niet ‘ziet’. Ook kaatsen obstakels zoals hoge betonnen flats en vrachtauto’s de gps-signalen alle richtingen op. De gps-navigatie ontvangt niet alleen het gps-signaal, maar via omwegen ook heel veel reflecties. Deze weerkaatsingen kunnen het systeem in de war sturen.

Tiberius nam de proef op de som met een gewone gps-ontvanger. „Ik heb dat zelf nagemeten door met een gps-ontvanger rond te rijden bij het Weena, een straat met veel hoogbouw in het centrum van Rotterdam. De positie van de auto springt werkelijk van rechts naar links op de weg. Soms springt hij 30 meter verder dan dat ik werkelijk sta.”

Bij gewone gps-navigatie en Google Maps gebeurt dat ook: daar springt de positie continu heen en weer. „Dat komt doordat de gps-navigatie de positie door alle reflecties eigenlijk niet nauwkeurig kan meten. Maar software strijkt dat glad. Daarom lijken de prestaties van gps-navigatie in de stad al beter dan gps eigenlijk is”, verklaart de Delftse wetenschapper.

Daarvan wil Tiberius het gps-systeem echter de schuld niet geven. „Het is als militair systeem ontworpen om te functioneren in open gebieden, zoals woestijnen. En dat doet het uitstekend.”

Echo

Hij vergelijkt het reflectieprobleem van gps met de nagalm in een oude kathedraal. „Stel je houdt daar een toespraak met lange zinnen. Doordat er wel twintig tot dertig echo’s optreden, krijg je de toespraak als één grote brij terug. Zo werkt gps in de stad ook.” Daar zou een navigatiemethode, die minder last heeft van reflecties, beter van pas komen.

Zijn collega Gerard Janssen haakt daarop in. „We hebben gezocht naar een systeem dat minder last heeft van reflecties. Eén dat werkt met een direct signaal. Het moet dus een systeem zijn dat op de grond staat. Met basisstations die vrij dicht bij elkaar staan, bijvoorbeeld om de paar honderd meter. Het signaal moet gemakkelijk te onderscheiden zijn van de weerkaatste ‘echo’s’.”

Dat leidde tot super-gps, waaraan beide Delftse wetenschappers, samen met collega’s van de Vrije Universiteit Amsterdam en het Van Swinden Laboratorium in Delft, de afgelopen vijf jaar hebben gewerkt. Janssen: „Super-gps is immuun voor reflecties. En dat is heel handig in bebouwde gebieden. Daar maakt het nieuwe systeem autonoom rijden haalbaar; bezorgdrones en zelfrijdende voertuigen kunnen pakketjes met een nauwkeurigheid van 10 centimeter afleveren.” Met een lach: „Dan staan ze niet meer bij de buren op de stoep.”

Zover zijn de wetenschappers echter nog niet, benadrukt Tiberius. „Plaatsbepaling is één ding, maar autonoom rijden vraagt om nog meer technische aanpassingen. Een zelfrijdende auto is momenteel niet alleen afhankelijk van gps, maar ook van een mix van sensoren, zoals radar, lidar en camera’s. Daaraan zou super-gps een stuk nauwkeurigheid toe kunnen voegen.”

Hoe werkt super-gps dan? „Stel we staan weer in de oude kathedraal”, legt Tiberius uit. „Maar we spreken niet in lange zinnen, maar in zinnen van een enkele lettergreep. Bijvoorbeeld „hoi”. Natuurlijk komen daar ook echo’s van terug. Maar het directe signaal is gemakkelijk te onderscheiden van deze reflecties” (zie ook ”Gps en super-gps”).

Basisstation

Dit principe hebben de wetenschappers afgelopen tijd uitgewerkt. Super-gps krijgt een apart signaal, dat door smartphones moet worden herkend. Janssen: „Het zou goed kunnen passen in een communicatiesysteem voor mobiele telefonie. We hebben experimenten gedaan die daarmee vergelijkbaar zijn.”

Het wordt een systeem met basisstations, die volgens Tiberius goed zijn in te passen in de bandbreedte van 5G, dat al in de steden is uitgerold of er zal worden aangelegd. „We hebben nu laten zien dat het werkt.” De onderzoekers hopen met hun systeem te kunnen aansluiten bij bestaande techniek, zoals 5G-communicatie voor mobiele telefonie.

Onlangs zijn ze in samenwerking met telecomprovider KPN een vervolgproject gestart, voor het gemak super-gps2 genoemd. „Dat project duurt echter nog vier jaar. De eerste resultaten laten dus nog wel even op zich wachten”, vermoedt Janssen. „Met onder andere KPN proberen we ook super-gps ingepast te krijgen in de standaard van nieuwe mobiele telefoons en in 5G-basisstations.”

De techniek is er, maar de standaardisering is ook heel belangrijk, benadrukt Tiberius. „Providers van mobiele telefonie zijn grote organisaties. Daarmee moeten we veel vergaderen. Zowel de basisstations als de mobiele telefoons moeten worden aangepast aan super-gps.” De uitrol van super-gps in de grote steden zal dus nog wel even op zich laten wachten.

Gratis

Daaraan hangt natuurlijk ook een kostenplaatje. Hoe hoog dat voor de toekomstige gebruiker uitvalt, is afhankelijk van hoe de provider ermee omgaat. Janssen: „Als het kan, is het gratis; maar een provider kan ook voor een abonnementsvorm kiezen. Ons systeem kost geen miljarden, omdat we meeliften met 5G-telecommunicatie.” De investeringen zijn daardoor beperkt; het is een toevoeging aan het bestaande communicatiesysteem.

Tiberius: „Het grote voordeel is dat de gaten die vallen door gps verdwijnen. Super-gps garandeert een plaatsbepaling met een nauwkeurigheidsmarge van 10 centimeter.”

Super-gps is dan ook geen concurrent van gps in de woestijn of op het platteland, maar wel in de parkeergarage, op de Amsterdamse Zuidas, het Weena in Rotterdam of de Utrechtse Baan met hun hoge kantoorgebouwen, of bij geluidswallen die het gps-signaal afschermen.

En super-gps heeft nog een voordeel. Door de grote afstand van de satellieten tot de aarde en het relatief zwakke signaal is gps ook gemakkelijk te verstoren.

Super-gps kent dat nadeel in mindere mate. Er staat immers een zender op elke hoek van de straat. Tiberius: „Dat signaal kun je ook storen, maar daarmee tref je dan een klein gebied.” Dat maakt super-gps ook aantrekkelijk voor havens en luchthavens. Die hebben dan een back-upsysteem wanneer het gps-signaal wordt gehinderd.”