Google käyttää miljoonia älypuhelimia maan ionosfäärin kartoittamiseen ja GPS: n parantamiseen

Google käyttää miljoonia älypuhelimia maan ionosfäärin kartoittamiseen ja GPS: n parantamiseen

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa käyttäneet reaaliaikaista tietoa noin 40 miljoonasta matkapuhelimesta ionosfäärin olosuhteiden karttaan-ylemmän ilmakehän alueen, jossa jotkut ilmamolekyylit ionisoidaan. Tällaiset joukkomuotoiset signaalit voisivat parantaa satelliittinavigointia, etenkin maailman alueilla, joilla tietoja muuten on niukasti, kuten Afrikka, Etelä -Amerikka ja Etelä -Aasia.

Google -tiimin toteutettavuustutkimus julkaistiin 13. marraskuuta Nature -lehdessä 1.

"Se on hämmästyttävä tietojoukko", sanoo Cambridgen Massachusetts Institute of Technology -teknologian ilmakehän fyysikko Anthea Coster. "Se täydentää karttaa merkittävästi alueilla, joilla tarvitsemme kiireellisesti lisätietoja."

Matkapuhelintiedot voisivat vähentää GPS-virheitä 10-20% joillakin alueilla ja vieläkin enemmän vajaakuntoisilla alueilla, arvioi Ningbo Wangin, ilmakehän fyysikko Pekingin ilmailu- ja avaruustietojen tutkimuslaitoksessa Pekingissä. Jopa säätöjen kanssa ionosfäärinen häiriö on edelleen haaste, etenkin aurinkoenerojen aikana, jotka laukaisevat hajanaiset olosuhteet ionosfäärissä. "Esitetyt tulokset ovat todella vaikuttavia."

Kaksoisbändit

Kun ilma on osittain ionisoitu, vapaasti liikkuvat elektronit hidastuvat hiukan ja vaikuttavat radiosignaaleihin, jotka tulevat maan päälle GPS: stä ja muista navigointisatelliiteista. Tämä voi vaikuttaa nanosekunnin tason ajalliseen synkronointiin, jota satelliittikohteet käyttävät niiden sijaintien määrittämiseksi. Tällä on mahdollisesti vakavia vaikutuksia lentokoneiden laskuihin ja autonomisiin ajoneuvoihin.

Näiden elektronien tiheyden reaaliaikaisia ​​karttoja käytetään usein korjaamaan ionosfäärin vaihtelut. Insinöörit luovat kartat käyttämällä maaperusteisten vastaanottoasemien tietoja, jotka voivat havaita samasta satelliitilta saatujen radioaaltojen kahden eri taajuuden saapumisajat. Ionosfäärin elektronit hidastavat matalataajuisia aaltoja enemmän kuin korkean taajuuden, noin nanosekunnin avulla. Tämä ero tarjoaa tietoa elektronien tiheydestä, joiden kautta aalto siirtyi matkalla vastaanottimeen.

Ilman näitä korjauksia GPS olisi epätarkkoja noin 5 metriä ja kymmeniä metrejä aurinkoen myrskyjen aikana, kun auringon varautuneet hiukkaset lisäävät elektronitiheyttä. Mutta monilla maailman alueilla ei ole maaperusteisia vastaanottoasemia näiden karttojen luomiseksi.

taustamelu

Vaikka kaikki navigointilaitteet eivät voi toimia useilla taajuuksilla, nykyaikaiset puhelimet tekevät usein. Googlen tietokonetutkijan Brian Williamsin mukaan Mountain View, Kalifornia ja tutkimuksen yhteiskirjailija, puhelinantureita ei aikaisemmin pidetty käytännöllisinä ionosfäärin kartoittamisessa. Tämä johtuu siitä, että matkapuhelimien tiedot ovat paljon meluisempia kuin erityisesti suunniteltujen tieteellisten vastaanottavien laitteiden tiedot, etenkin koska ne saavat vain ajoittain signaaleja ja radioaallot heijastuvat kaupunkialueiden lähellä olevista rakennuksista.

Google -tiimi onnistui osittain saamansa suuren määrän ansiosta. "Kun suuret määrät yhdistetään, äänet peruutetaan ja saat silti selkeän signaalin", Williams sanoo. "Se on kuin jokaisessa kaupungissa on tieteellinen seuranta -asema, jossa on puhelimia."

Jokainen, joka omistaa Android -puhelimen ja antaa Googlelle mahdollisuuden kerätä anturitiedot sijainnin tarkkuuden parantamiseksi, voi vaikuttaa tutkimukseen. Tiedot kuitenkin yhdistettiin, jotta yksittäisiä laitteita ei voida tunnistaa, yritys selittää.

Williams selittää, että työtä on jo käynnissä tämän tekniikan käyttämiseksi Android -käyttäjien sijainnin tarkkuuden parantamiseksi. Mutta tietojen tulisi olla hyödyllisiä myös maan ylemmän ilmakehän tieteellisissä tutkimuksissa. Kartta on jo paljastanut ionisoidun kaasun kuplia, joka tunnetaan nimellä plasma, Etelä -Amerikassa, joita ei ole aiemmin havaittu yksityiskohtaisesti.

Tieteen hyödyntämiseksi Googlen on julkaistava tiedot, sanoo Coster, joka työskentelee Madrigal -tietokannassa, yhteistyössä toimivassa geospatiaalisessa dataresurssissa, joka yhdistää ionosfäärin tiedot tuhansista maa -asemilta. Googlen tiedottaja kertoi Nature's News -tiimille, että tutkimuksen taustalla olevat tiedot julkaistaan ​​artikkelin rinnalla, mutta tällä hetkellä ei ole aikomusta tarjota uutta tietoa reaaliajassa.

Tutkijat pyrkivät käyttämään muita älypuhelinten antureita eri tavoin. Googlen Android -maanjäristyksen varoitusjärjestelmä vuonna 2020 osoitti, kuinka ihmisten älypuhelimien kiihtyvyysmittarit voisivat havaita maanjäristyksiä ja varoittaa muita, joihin voitaisiin silti vaikuttaa. Apple -käyttäjät voivat käyttää sovellusta, joka käyttää samanlaista tekniikkaa.

Tähän asti tutkijat ovat katsoneet puhelimia navigointipalvelujen loppukäyttäjinä, Wang sanoo. Tämä kääntyminen puhelintietojen käyttämiseen, koska syöttötiedot ovat ”kartoittamatonta aluetta”, hän sanoo. "Tämä tutkimus merkitsee jännittävää muutosta."

1. Smith, J. et ai. Nature 635, 365–369 (2024).

   Google Scholar

Lataa viitteet