Google izmanto miljoniem viedtālruņu, lai kartētu Zemes jonosfēru un uzlabotu GPS

Google izmanto miljoniem viedtālruņu, lai kartētu Zemes jonosfēru un uzlabotu GPS

Google komandas priekšizpēte tika publicēta 13. novembrī žurnālā Nature 1 .

"Tas ir pārsteidzošs datu ieraksts," saka Anthea Coster, Kembridžas Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta atmosfēras fiziķe. "Viņš ievērojami pabeidz karti apgabalos, kur mums steidzami ir nepieciešama vairāk informācijas."

Mobilo tālruņu dati varētu samazināt GPS kļūdas dažās jomās par 10–20% un vēl vairāk nepietiekami piegādātos reģionos, lēš, ka Ningbo Wang, Ķīnas Zinātņu akadēmijas Pekinas Aviācijas un kosmosa informācijas pētījumu institūta atmosfēras fiziķis. Pat ar pielāgojumiem traucējumi jonosfēras dēļ joprojām ir izaicinājums, it īpaši saules vētru laikā, kas izraisa nevienmērīgus apstākļus jonosfērā. "Iesniegtie rezultāti ir patiešām iespaidīgi."

Divkāršās saites

Gaisa daļējas jonizācijas gadījumā brīvi pārvietojamie elektroni viegli palēninās un ietekmē radio signālus, kas nonāk uz Zemes no GPS un citiem navigācijas satelītiem. Tas var ietekmēt laika sinhronizāciju nanosekundes līmenī, ko satelīta navigācijas ierīces izmanto, lai noteiktu to atrašanās vietas. Tam ir potenciāli nopietna ietekme uz gaisa kuģu piezemēšanos un autonomiem transportlīdzekļiem.

Šo elektronu blīvuma reālā laika kartes bieži tiek izmantotas, lai koriģētu jonosfēras svārstības. Inženieri izveido kartes, izmantojot datus no uz grīdas balstītām uzņemšanas stacijām, kas var atpazīt divu dažādu radio viļņu frekvenču ierašanās laikus, ko saņem tas pats satelīts. Elektroni jonosfērā lēnas zemas frekvences viļņos vairāk nekā augstas frekvences, piemēram, nanosekundes. Šī atšķirība sniedz informāciju par elektronu blīvumu, caur kuru vilnis ir gājis cauri saņēmējam.

Bez šīm korekcijām GPS būtu aptuveni 5 metru neprecīzi un saules vētru laikā pēc desmitiem metru, ja uzaicinātās daļiņas palielina elektronu blīvumu no saules. Bet daudzos pasaules reģionos trūkst uz grīdas balstītām uzņemšanas stacijām, lai izveidotu šīs kartes.

trokšņa fons

Lai arī ne visas navigācijas ierīces var darboties ar vairākām frekvencēm, mūsdienu tālruņi to bieži dara. Pēc Braiena Viljamsa, Google datorzinātnieka Braiena Viljamsa, Mountain View, Kalifornijā, un pētījuma autors, telefona sensori iepriekš netika uzskatīti par praktiskiem, lai kartētu jonosfēru. Tas notiek tāpēc, ka mobilo tālruņu dati ir daudz apreibinošāki nekā īpaši izstrādātās zinātniskās uzņemšanas ierīces, jo īpaši tāpēc, ka tie saņem tikai signālus ar pārtraukumiem un radio viļņi pilsētās tiek atspoguļoti tuvējās ēkās.

Google komanda bija daļēji veiksmīga, pateicoties lielajam iegūto datu skaitam. "Kad tiek apvienoti lieli daudzumi, trokšņi tiek kompensēti, un jūs joprojām saņemat skaidru signālu," saka Viljamss. "Tas ir tā, it kā katrā pilsētā, kurā ir tālruņi, ir zinātniska uzraudzības stacija."

Ikviens, kam ir Android tālrunis un ļauj Google vākt sensoru datus, lai uzlabotu atrašanās vietas precizitāti, varēja dot ieguldījumu pētījumā. Tomēr dati ir apkopoti, lai atsevišķas ierīces nevarētu identificēt, skaidro uzņēmums.

Viljamss skaidro, ka tas jau tiek strādāts pie šīs tehnoloģijas izmantošanas, lai uzlabotu atrašanās vietas precizitāti Android lietotājiem. Bet datiem vajadzētu būt noderīgiem arī zinātniskiem pētījumiem zemes augšējā atmosfērā. Karte jau ir atklājusi burbuļus jonizētā gāzē, kas pazīstama kā plazma, par Dienvidameriku, kas iepriekš netika detalizēti novēroti.

Lai patiešām izmantotu zinātni, Google ir jāpublicē dati, saka Coster, kas darbojas Madrigal datu bāzē - kopienas resursā ģeotelpiskajiem datiem, kas apvieno tūkstošu zemes staciju jonosfēras datumus. Google pārstāvis informēja Nature News komandu, ka pētījuma pamatā ir publicēti dati kopā ar rakstu, taču šobrīd nav plānots sniegt jaunus datus reālā laikā.

Pētnieki strādā pie citu viedtālruņu izmantošanas citos veidos. Google Android Erdbiebenwarn sistēma 2020. gadā parādīja, kā paātrinājuma sensori cilvēku viedtālruņos atpazīst zemestrīces un brīdina citus, kurus joprojām varētu ietekmēt. Apple lietotāji var piekļūt lietotnei, kas izmanto līdzīgu tehnoloģiju.

Līdz šim zinātnieki ir uzskatījuši telefonus par navigācijas pakalpojumu gala lietotājiem, saka Vangs. Šis apvērsums, lai izmantotu tālruņa datus kā ievades datus, ir "jauna teritorija", viņš saka. "Šis pētījums iezīmē aizraujošas pārmaiņas."

1. Smith, J. et al. Daba 635, 365–369 (2024).

Lejupielādēt atsauces