Google folosește milioane de smartphone -uri pentru a cartografia ionosfera Pământului și pentru a îmbunătăți GPS -ul

Google folosește milioane de smartphone -uri pentru a cartografia ionosfera Pământului și pentru a îmbunătăți GPS -ul

Pentru prima dată, cercetătorii au folosit date în timp real de la aproximativ 40 de milioane de telefoane mobile pentru a mapa condițiile din ionosferă-o regiune a atmosferei superioare în care unele molecule de aer sunt ionizate. Astfel de semnale aglomerate ar putea îmbunătăți navigarea prin satelit, în special în regiunile lumii în care datele sunt rare, cum ar fi Africa, America de Sud și Asia de Sud.

Studiul de fezabilitate al echipei Google a fost publicat pe 13 noiembrie în revista Nature 1.

„Este un set de date uimitor”, spune Anthea Coster, fizician atmosferic la Institutul de Tehnologie din Massachusetts din Cambridge. „Completează în mod semnificativ harta în zonele în care avem nevoie urgentă de mai multe informații.”

Datele pentru telefonul mobil ar putea reduce erorile GPS cu 10-20% în unele zone și chiar mai mult în regiunile subestimate, estimează Ningbo Wang, fizician atmosferic la Institutul de Cercetare a Informației Aerospațiale al Academiei Chineze de Științe din Beijing. Chiar și cu ajustări, perturbarea ionosferică rămâne o provocare, în special în timpul furtunilor solare care declanșează condiții neplăcute în ionosferă. „Rezultatele prezentate sunt cu adevărat impresionante.”

Benzi duale

Când aerul este parțial ionizat, electronii în mișcare liberă încetinesc ușor și afectează semnalele radio care vin pe Pământ de la GPS și alți sateliți de navigație. Acest lucru poate afecta sincronizarea temporală la nivel de nanosecundă utilizată de dispozitivele de navigare prin satelit pentru a le determina locațiile. Acest lucru are implicații potențial grave pentru debarcările aeronavelor și vehiculele autonome.

Hărțile în timp real ale densității acestor electroni sunt adesea folosite pentru a corecta fluctuațiile ionosferei. Inginerii creează hărțile folosind date de la stații de primire la sol care pot detecta timpii de sosire a două frecvențe diferite ale undelor radio primite de la același satelit. Electronii din ionosferă încetinesc undele de frecvență joasă mai mult decât cei de înaltă frecvență, cu aproximativ o nanosecundă. Această diferență oferă informații despre densitatea electronilor prin care unda a trecut pe drum către un receptor.

Fără aceste corecții, GPS -ul ar fi inexact cu aproximativ 5 metri și cu zeci de metri în timpul furtunilor solare, când particulele încărcate de la soarele cresc densitatea electronilor. Dar multe regiuni ale lumii nu au stații de primire la sol pentru a crea aceste hărți.

Zgomot de fundal

Deși nu toate dispozitivele de navigație pot funcționa cu mai multe frecvențe, telefoanele moderne fac adesea. Potrivit lui Brian Williams, un informatician la Google în Mountain View, California și coautor al studiului, senzorii de telefon nu au fost considerați anterior practic pentru cartografierea ionosferei. Acest lucru se datorează faptului că datele de la telefoanele mobile sunt mult mai zgomotoase decât cele din dispozitivele științifice special concepute, în special pentru că primesc semnale intermitent, iar undele radio sunt reflectate în clădirile din apropiere din zonele urbane.

Echipa Google a avut succes în parte datorită cantității mari de date pe care le -au primit. „Când sume mari sunt combinate, zgomotele se anulează și totuși primiți un semnal clar”, spune Williams. „Este ca și cum ar exista o stație de monitorizare științifică în fiecare oraș în care există telefoane.”

Oricine deține un telefon Android și permite Google să colecteze datele senzorilor pentru a îmbunătăți precizia locației ar putea contribui la studiu. Cu toate acestea, datele au fost agregate, astfel încât dispozitivele individuale nu pot fi identificate, explică compania.

Williams explică faptul că lucrările sunt deja în curs de utilizare a acestei tehnici pentru a îmbunătăți precizia locației pentru utilizatorii Android. Dar datele ar trebui să fie utile și pentru studiile științifice ale atmosferei superioare a Pământului. Harta a dezvăluit deja bule în gaz ionizat, cunoscută sub numele de plasmă, în America de Sud, care nu au fost observate anterior în detaliu.

Pentru a beneficia cu adevărat de știință, Google trebuie să publice datele, spune Coster, care lucrează în baza de date Madrigal, o resursă de date geospatiale colaborative care reunește date ionosferice din mii de stații la sol. Un purtător de cuvânt al Google a declarat echipei de știri ale Naturii că datele din spatele studiului vor fi publicate alături de articol, dar în prezent nu există planuri de a furniza date noi în timp real.

Cercetătorii lucrează la utilizarea altor senzori de smartphone în moduri diferite. Sistemul de avertizare a cutremurului Android din Google în 2020 a arătat cum accelerometrele din smartphone -urile oamenilor ar putea detecta cutremure și avertizează pe alții care ar putea fi încă afectați. Utilizatorii Apple pot accesa o aplicație care folosește o tehnologie similară.

Până acum, oamenii de știință au văzut telefoanele ca fiind utilizatori finali ai serviciilor de navigație, spune Wang. Această inversare pentru a utiliza datele telefonice ca date de intrare este „teritoriu neîncadrat”, spune el. „Acest studiu marchează o schimbare interesantă.”

1. Smith, J. și colab. Natura 635, 365–369 (2024).

   Google Scholar

Descărcați referințe