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

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

Pirmo reizi pētnieki ir izmantojuši reāllaika datus no aptuveni 40 miljoniem mobilo tālruņu, lai kartētu apstākļus jonosfērā-augšējās atmosfēras reģionā, kur dažas gaisa molekulas ir jonizētas. Šādi kopīgi signāli varētu uzlabot satelīta navigāciju, jo īpaši pasaules reģionos, kur dati citādi ir maz, piemēram, Āfrikā, Dienvidamerikā un Dienvidāzijā.

Google komandas priekšizpēte tika publicēta 13. novembrī žurnālā Nature Viens Apvidū

“Tā ir pārsteidzoša datu kopa,” saka Anthea Coster, atmosfēras fiziķe Kembridžas Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta. "Tas ievērojami pabeidz karti apgabalos, kur mums steidzami ir nepieciešama vairāk informācijas."

Dati par mobilo tālruni varētu samazināt GPS kļūdas par 10-20% dažās jomās un vēl vairāk nepietiekami apkalpotos reģionos, lēš, ka Ningbo Vangs, kas ir Ķīnas Zinātņu akadēmijas Aviācijas un kosmosa informācijas pētījumu institūta atmosfēras fiziķis Pekinā. Pat ar pielāgojumiem jonosfēras traucējumi joprojām ir izaicinājums, jo īpaši saules vētru laikā, kas izraisa raibus apstākļus jonosfērā. "Iesniegtie rezultāti ir patiešām iespaidīgi."

Dubultās joslas

Kad gaiss ir daļēji jonizēts, brīvi kustīgie elektroni nedaudz palēninās un ietekmē radio signālus, kas nāk uz Zemes no GPS un citiem navigācijas satelītiem. Tas var ietekmēt nanosekundes līmeņa laika sinhronizāciju, ko izmanto satelīta navigācijas ierīces, 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 svārstībām. Inženieri izveido kartes, izmantojot datus no uz zemes bāzes saņemšanas stacijām, kas var noteikt divu dažādu radio viļņu frekvenču ierašanās laikus, kas saņemti no tā paša satelīta. Elektroni jonosfērā palēnina zemfrekvences viļņus vairāk nekā augstfrekvences, apmēram nanosekundē. Šī atšķirība sniedz informāciju par elektronu blīvumu, caur kuru vilnis gāja pa ceļam uz uztvērēju.

Bez šīm korekcijām GPS būtu neprecīzi par apmēram 5 metriem un desmitiem metru saules vētru laikā, kad no saules lādētās daļiņas palielina elektronu blīvumu. Bet daudzos pasaules reģionos trūkst uz zemes bāzētām saņemšanas stacijām, lai izveidotu šīs kartes.

fona troksnis

Lai arī ne visas navigācijas ierīces var darboties ar vairākām frekvencēm, mūsdienu tālruņi to bieži dara. Pēc Braiena Viljamsa, Google datora zinātnieka Braiena Viljamsa, Mountain View, Kalifornijā, un pētījuma līdzautors, telefona sensori iepriekš netika uzskatīti par praktiskiem jonosfēras kartēšanai. Tas notiek tāpēc, ka mobilo tālruņu dati ir daudz trokšņaināki nekā no speciāli izstrādātām zinātniskām saņemšanas ierīcēm, jo ​​īpaši tāpēc, ka tie saņem tikai signālus ar pārtraukumiem un radio viļņi tiek atspoguļoti tuvumā esošās ēkas pilsētās.

Google komanda daļēji bija veiksmīga, pateicoties lielajam saņemto datu apjomam. "Kad lielas summas tiek apvienotas, trokšņi tiek atcelti un jūs joprojām saņemat skaidru signālu," saka Viljamss. "Tas ir tāpat kā ir zinātniska uzraudzības stacija katrā pilsētā, kur ir tālruņi."

Ikviens, kam pieder Android tālrunis un ļauj Google vākt sensoru datus, lai uzlabotu atrašanās vietas precizitāti, varētu veicināt pētījumu. Tomēr dati tika apkopoti, tāpēc atsevišķas ierīces nevar identificēt, skaidro uzņēmums.

Viljamss skaidro, ka darbs jau notiek, lai izmantotu šo paņēmienu, lai uzlabotu atrašanās vietas precizitāti Android lietotājiem. Bet datiem vajadzētu būt noderīgiem arī Zemes augšējās atmosfēras zinātniskiem pētījumiem. Karte jau ir atklājusi burbuļus jonizētā gāzē, kas pazīstama kā plazma, virs Dienvidamerikas, kas iepriekš nav sīki novēroti.

Lai patiesi sniegtu labumu zinātnei, Google ir jāpublicē dati, saka Coster, kurš strādā pie Madrigal datu bāzes - sadarbības ģeotelpisko datu resursiem, kas apvieno jonosfēras datus no tūkstošiem zemes staciju. Google pārstāvis sacīja Nature's News komandai, ka pētījuma dati tiks publicēti līdzās rakstam, taču pašlaik nav plānots sniegt jaunus datus reālā laikā.

Pētnieki strādā pie citu viedtālruņu sensoru izmantošanas dažādos veidos. Google Android zemestrīces brīdināšanas sistēma 2020. gadā parādīja, kā akselerometrus cilvēku viedtālruņos varētu atklāt zemestrīces un brīdināt citus, kurus joprojām varētu ietekmēt. Apple lietotāji var piekļūt lietotnei, kas izmanto līdzīgu tehnoloģiju.

Līdz šim zinātnieki ir uzskatījuši tālruņus par navigācijas pakalpojumu tiešajiem lietotājiem, saka Vangs. Šis apvērsums, lai izmantotu tālruņa datus kā ievades datus, ir “neatzīmēta teritorija”, viņš saka. "Šis pētījums iezīmē aizraujošu maiņu."

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

   Google Scholar

Lejupielādēt atsauces