Google kasutab Maa ionosfääri kaardistamiseks ja GPS -i parandamiseks miljoneid nutitelefone

Google kasutab Maa ionosfääri kaardistamiseks ja GPS -i parandamiseks miljoneid nutitelefone

Esmakordselt on teadlased kasutanud reaalajas andmeid umbes 40 miljoni mobiiltelefoni kohta, et kaardistada ionosfääris-ülemise atmosfääri piirkond, kus mõned õhumolekulid on ioniseeritud. Sellised rahvahulga all olevad signaalid võivad parandada satelliitnavigeerimist, eriti maailma piirkondades, kus andmeid on muidu vähe, näiteks Aafrika, Lõuna -Ameerika ja Lõuna -Aasia.

Google'i meeskonna teostatavusuuring avaldati 13. novembril ajakirjas Nature 1.

"See on hämmastav andmekogum," ütleb Cambridge'i Massachusettsi tehnoloogiainstituudi atmosfäärifüüsik Anthea Coster. "See täidab kaardi oluliselt piirkondades, kus vajame kiiresti lisateavet."

Mobiiltelefonide andmed võivad mõnes valdkonnas vähendada GPS-vigu 10-20% ja veelgi rohkem alateenustatud piirkondades, hinnangul Ningbo Wang, Pekingi Hiina Teaduste Akadeemia kosmoseteabe teadusuuringute instituudi atmosfäärifüüsik Ningbo Wang. Isegi kohandamise korral on ionosfääri katkemine endiselt väljakutse, eriti päikesetormide ajal, mis vallandavad ionosfääris laigulised tingimused. "Esitatud tulemused on tõesti muljetavaldavad."

Kahesuunalised ansamblid

Kui õhk on osaliselt ioniseeritud, aeglustuvad vabalt liikuvad elektronid pisut ja mõjutavad GPS -ist ja muudest navigeerimissatelliitidest Maale tulevaid raadiosignaale. See võib mõjutada nanosekundi tasemel ajalist sünkroonimist, mida satelliitnavigatsiooniseadmed kasutavad nende asukohtade määramiseks. Sellel on potentsiaalselt tõsine mõju lennukite maandumisele ja autonoomsetele sõidukitele.

Ionosfääri kõikumiste korrigeerimiseks kasutatakse sageli nende elektronide tiheduse reaalajas kaarte. Insenerid loovad kaarte, kasutades andmeid maapealsetest vastuvõtujaamadest, mis suudavad tuvastada sama satelliidi saadud raadiolainete kahe erineva sageduse saabumisajad. Ionosfääri elektronid aeglustavad madala sagedusega laineid rohkem kui kõrge sagedusega, umbes nanosekundi võrra. See erinevus annab teavet elektronide tiheduse kohta, mille kaudu laine läks vastuvõtjale.

Ilma nende parandusteta oleks GPS umbes 5 meetri võrra ebatäpne ja päikesetormide ajal kümnete meetrite võrra, kui päikese eest laetud osakesed suurendavad elektronide tihedust. Kuid paljudel maailma piirkondadel puuduvad nende kaartide loomiseks maapealsed vastuvõtujaamad.

taustmüra

Ehkki mitte kõik navigeerimisseadmed ei saa töötada mitme sagedusega, teevad seda tänapäevased telefonid sageli. Californias Mountain View'is asuva Google'i arvutiteadlase Brian Williamsi sõnul ja uuringu kaasautorit ei peetud telefoniandureid varem ionosfääri kaardistamiseks praktiliseks. Selle põhjuseks on asjaolu, et mobiiltelefonide andmed on palju mürarikkamad kui spetsiaalselt loodud teaduslike vastuvõtuseadmete puhul, eriti kuna need saavad ainult vahelduvalt signaale ja raadiolained peegelduvad linnapiirkondade läheduses asuvate hoonete ääres.

Google'i meeskond oli osaliselt edukas tänu saadud suurele andmetele. "Kui suured kogused ühendatakse, tühistavad mürad ja saate siiski selge signaali," ütleb Williams. "See on nagu igas linnas, kus on telefonid, on teaduslik jälgimisjaam."

Igaüks, kes omab Android -telefoni ja võimaldab Google'il koguda andurite andmeid asukoha täpsuse parandamiseks, võiks uuringule kaasa aidata. Andmed koondati siiski, nii et üksikuid seadmeid ei saa tuvastada, selgitab ettevõte.

Williams selgitab, et töö on juba käimas selle tehnika kasutamiseks Androidi kasutajate asukoha täpsuse parandamiseks. Kuid andmed peaksid olema kasulikud ka Maa ülemise atmosfääri teaduslikes uuringutes. Kaart on juba Lõuna -Ameerika kohal ioniseeritud gaasi mullid, mida tuntakse plasmana, mida pole varem üksikasjalikult täheldatud.

Teadusele tõeliseks kasuks peab Google andmeid avaldama, ütles Coster, kes töötab Madrigali andmebaasis, mis on koostöös georuumilise andmeressurssis, mis koondab tuhandetest maapealsetest jaamadest ionosfääri andmeid. Google'i pressiesindaja ütles Nature's News Team'ile, et uuringu taga olevad andmed avaldatakse koos artikli kõrval, kuid praegu pole kavas värskeid andmeid reaalajas pakkuda.

Teadlased töötavad teiste nutitelefonide andurite kasutamisega erineval viisil. Google'i Androidi maavärina hoiatussüsteem 2020. aastal näitas, kui kiirendusmõõturid inimeste nutitelefonides võisid tuvastada maavärinaid ja hoiatada teisi, keda ikkagi mõjutada võiks. Apple'i kasutajad pääsevad juurde rakendusele, mis kasutab sarnast tehnoloogiat.

Siiani on teadlased tundnud telefone navigatsiooniteenuste lõppkasutajatena, ütles Wang. See pöördest telefoniandmete kasutamiseks sisendandmetena on "kaardistamata territoorium", ütleb ta. "See uuring tähistab põnevat nihet."

1. Smith, J. jt. Loodus 635, 365–369 (2024).

   Google Scholar

Laadige alla viited