Google uporablja milijone pametnih telefonov za preslikavo ionosfere Zemlje in izboljšanje GPS

Google uporablja milijone pametnih telefonov za preslikavo ionosfere Zemlje in izboljšanje GPS

Raziskovalci so prvič uporabili podatke v realnem času iz približno 40 milijonov mobilnih telefonov za preslikavo pogojev v ionosferi-območju zgornje atmosfere, kjer so ionizirane nekatere molekule zraka. Takšni signali z množico lahko izboljšajo satelitsko navigacijo, zlasti v regijah sveta, kjer so podatki sicer malo, na primer Afrika, Južna Amerika in Južna Azija.

Študija izvedljivosti Google ekipe je bila objavljena 13. novembra v reviji Nature 1.

"To je neverjeten nabor podatkov," pravi Anthea Coster, atmosferski fizik na Massachusetts Institute of Technology v Cambridgeu. "Zemljevid bistveno zaključi na območjih, kjer nujno potrebujemo več informacij."

Podatki o mobilnem telefonu bi lahko na nekaterih področjih zmanjšali napake GPS za 10-20% in še bolj v premajhnih regijah, ocenjuje Ningbo Wang, atmosferski fizik na Inštitutu za vesoljske informacijske raziskave Kitajske akademije znanosti v Pekingu. Tudi pri prilagoditvah ostaja ionosferska motnja izziv, zlasti med sončnimi nevihtami, ki sprožijo zakrpene razmere v ionosferi. "Predstavljeni rezultati so res impresivni."

Dvojni pasovi

Ko je zrak delno ioniziran, prosto premikajoči se elektroni rahlo upočasnijo in vplivajo na radijske signale, ki pridejo na zemljo iz GPS in drugih navigacijskih satelitov. To lahko vpliva na časovno sinhronizacijo nanosekundne ravni, ki jo uporabljajo satelitske navigacijske naprave za določitev njihovih lokacij. To ima potencialno resne posledice za pristanek letala in avtonomna vozila.

Zemljevidi v realnem času gostote teh elektronov se pogosto uporabljajo za popravljanje nihanj v ionosferi. Inženirji ustvarijo zemljevide s pomočjo podatkov iz sprejemajočih se postaj, ki lahko zaznajo čas prihoda dveh različnih frekvenc radijskih valov, prejetih iz istega satelita. Elektroni v ionosferi upočasnijo nizkofrekvenčne valove, ki so več kot visokofrekvenčni, za približno nanosekundo. Ta razlika zagotavlja informacije o gostoti elektronov, skozi katere je val prešel na pot do sprejemnika.

Brez teh popravkov bi bil GPS netočen za približno 5 metrov in na desetine metrov med sončnimi nevihtami, ko nabito delci s sonca povečajo gostoto elektronov. Toda mnogim svetovnim regijam nimajo na tleh, ki bi temeljile na sprejemnih postajah, da bi ustvarili te zemljevide.

hrup v ozadju

Čeprav vse navigacijske naprave ne morejo delovati z več frekvencami, sodobni telefoni pogosto to počnejo. Po besedah ​​Briana Williamsa, računalnika v Googlu v Googlu v Mountain Viewu v Kaliforniji in soavtor študije, telefonski senzorji prej niso veljali za praktično za preslikavo ionosfere. To je zato, ker so podatki iz mobilnih telefonov veliko bolj hrupni kot tisti iz posebej zasnovanih znanstvenih sprejemnih naprav, zlasti zato, ker prejemajo le signale občasno in se radijski valovi odražajo v bližnjih stavbah v mestnih območjih.

Google ekipa je bila delno uspešna zaradi velike količine prejetih podatkov. "Ko se velike količine združijo, se hrup odpove in še vedno dobite jasen signal," pravi Williams. "Kot da je v vsakem mestu, kjer so telefoni, znanstvena postaja za spremljanje."

Vsak, ki je lastnik telefona Android in dovoljuje Googlu, da zbira podatke senzorjev za izboljšanje natančnosti lokacije, bi lahko prispeval k študiji. Vendar so bili podatki združeni, tako da posameznih naprav ni mogoče prepoznati, pojasnjuje podjetje.

Williams pojasnjuje, da že poteka delo za uporabo te tehnike za izboljšanje natančnosti lokacije za uporabnike Android. Toda podatki bi morali biti koristni tudi za znanstvene študije zgornje atmosfere Zemlje. Zemljevid je že razkril mehurčke v ioniziranem plinu, znano kot plazma, nad Južno Ameriko, ki jih prej niso podrobno opazili.

Da bi resnično izkoristil znanost, mora Google objaviti podatke, pravi Coster, ki deluje na Madrigal Database, skupnem geoprostorskem viru podatkov, ki združuje ionosferične podatke s tisoče zemeljskih postaj. Tiskovni predstavnik Google je za Nature's News Team povedal, da bodo podatki, ki stojijo za študijo, objavljeni poleg članka, vendar trenutno ni načrtov za zagotavljanje svežih podatkov v realnem času.

Raziskovalci delajo na uporabi drugih senzorjev pametnih telefonov na različne načine. Googlov sistem opozorila o potresu Android leta 2020 je pokazal, kako lahko merilniki pospeška v pametnih telefonih ljudeh odkrijejo potrese in opozorijo druge, ki bi jih lahko še vedno prizadeli. Uporabniki Apple lahko dostopajo do aplikacije, ki uporablja podobno tehnologijo.

Do zdaj so znanstveniki na telefone gledali kot na končne uporabnike navigacijskih storitev, pravi Wang. Ta preobrat za uporabo telefonskih podatkov kot vhodnih podatkov je "neopaženo ozemlje", pravi. "Ta študija pomeni vznemirljiv premik."

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

   Google Učenjak

Prenesite reference