Google använder miljoner smartphones för att kartlägga jordens jonosfär och för att förbättra GPS

Google använder miljoner smartphones för att kartlägga jordens jonosfär och för att förbättra GPS

Feasibility Study of Google Team publicerades den 13 november i tidskriften Nature 1 .

"Det är en fantastisk datarekord", säger Anthea Coster, atmosfärisk fysiker vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. "Han slutför kortet avsevärt i områden där vi brådskande behöver mer information."

Uppgifterna från mobiltelefoner kan minska GPS-fel i vissa områden med 10–20% och ännu mer i underlevererade regioner, uppskattar Ningbo Wang, atmosfärisk fysiker vid Aerospace Information Research Institute vid Chinese Academy of Sciences i Peking. Även med justeringar förblir störningen på grund av jonosfären en utmaning, särskilt under solstormar som utlöser ojämna förhållanden i jonosfären. "Resultaten är riktigt imponerande."

Dual LigAments

I händelse av partiell jonisering av luften, bromsar de fritt rörliga elektronerna lätt ner och påverkar radiosignalerna som kommer till jorden från GPS och andra navigationssatelliter. Detta kan påverka den temporära synkroniseringen på nanosekundnivå, som används av satellitnavigeringsenheterna för att bestämma deras platser. Detta har potentiellt allvarliga effekter på flygplanlandningar och autonoma fordon.

Real -Time -kartor över tätheten för dessa elektroner används ofta för att korrigera fluktuationer i jonosfären. Ingenjörer skapar korten med hjälp av data från golvbaserade mottagningsstationer som kan känna igen ankomsttiderna för två olika frekvenser av radiovågor mottagna av samma satellit. Elektroner i jonosfären långsammare vågor med låg frekvens mer än hög frekvens, till exempel ett nanosekund. Denna skillnad ger information om densiteten för elektronerna genom vilken vågen har gått igenom på väg till en mottagare.

Utan dessa korrigeringar skulle GPS vara cirka 5 meter felaktiga och under solstormar med dussintals meter om de bjudna partiklarna ökar elektrondensiteten från solen. Men många regioner i världen saknar golvbaserade mottagningsstationer för att skapa dessa kort.

Bullerbakgrund

Även om inte alla navigationsapparater kan fungera med flera frekvenser, gör moderna telefoner ofta detta. Enligt Brian Williams, datavetare på Google i Mountain View, Kalifornien, och medförfattare till studien, ansågs inte telefonsensorer som praktiska för att kartlägga jonosfären. Detta beror på att data från mobiltelefoner är mycket mer berusande än de specifikt utvecklade vetenskapliga mottagningsenheterna, särskilt för att de bara får signaler intermittent och radiovågorna i stadsområden återspeglas på närliggande byggnader.

Google -teamet var delvis framgångsrikt tack vare det stora antalet data som erhölls. "När stora mängder kombineras kompenseras ljudet för och du får fortfarande en tydlig signal," säger Williams. "Det är som om det finns en vetenskaplig övervakningsstation i varje stad där telefoner är."

Den som har en Android -telefon och tillåter Google att samla in sensordata för att förbättra platsnoggrannheten kunde bidra till studien. Uppgifterna har emellertid aggregerats så att enskilda enheter inte kan identifieras, förklarar företaget.

Williams förklarar att det redan arbetar med att använda denna teknik för att förbättra platsnoggrannheten för Android -användare. Men uppgifterna bör också vara användbara för vetenskapliga studier i jordens övre atmosfär. Kortet har redan avslöjat bubblor i joniserad gas, känd som plasma, om Sydamerika som inte tidigare observerats i detalj.

För att verkligen använda vetenskapen måste Google publicera uppgifterna, säger Coster, som fungerar på Madrigal -databasen, en gemenskapsresurs för geospatial data som kombinerar jonosfäriska datum för tusentals markstationer. En talesman för Google informerade om Nature News -teamet om att uppgifterna bakom studien publiceras tillsammans med artikeln, men det finns för närvarande inga planer på att tillhandahålla nya uppgifter i realtid.

Forskare arbetar med att använda andra smartphones på andra sätt. Googles Android ErdbieBenwarn -system 2020 visade hur accelerationssensorer i smartphones hos människor känner igen jordbävningar och varnar andra som fortfarande kan påverkas. Apple -användare kan komma åt en app som använder en liknande teknik.

Hittills har forskare betraktat telefoner som slutanvändare av navigationstjänster, säger Wang. Denna vändning för att använda telefondata som inmatningsdata är "nytt territorium", säger han. "Denna studie markerar en spännande förändring."

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

Ladda ner referenser