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 - augšējā atmosfēras slānī, kur tiek jonizētas dažas gaisa molekulas. Šādi pūļa signāli varētu uzlabot satelītu navigāciju, jo īpaši tajos pasaules reģionos, kur citādi trūkst datu, piemēram, Āfrikā, Dienvidamerikā un Dienvidāzijā.

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

"Tā ir pārsteidzoša datu kopa," saka Anthea Kostere, atmosfēras fiziķe no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta Kembridžā. "Tas ievērojami papildina karti vietās, kur mums steidzami nepieciešama papildu informācija."

Mobilo tālruņu dati varētu samazināt GPS kļūdas par 10-20% dažos apgabalos un pat vairāk nepietiekami apkalpotos reģionos, lēš Ningbo Vans, atmosfēras fiziķis Ķīnas Zinātņu akadēmijas Aviācijas un kosmosa informācijas pētniecības institūtā Pekinā. Pat ar pielāgojumiem jonosfēras traucējumi joprojām ir izaicinājums, jo īpaši saules vētru laikā, kas izraisa nevienmērīgus apstākļus jonosfērā. "Iesniegtie rezultāti ir patiešām iespaidīgi."

Divas joslas

Kad gaiss ir daļēji jonizēts, brīvi kustīgie elektroni nedaudz palēninās un ietekmē radiosignālus, kas uz Zemi nāk no GPS un citiem navigācijas satelītiem. Tas var ietekmēt nanosekundes līmeņa laika sinhronizāciju, ko izmanto satelītnavigācijas ierīces, lai noteiktu to atrašanās vietu. Tas potenciāli nopietni ietekmēs gaisa kuģu nosēšanos un autonomos transportlīdzekļus.

Šo elektronu blīvuma reāllaika kartes bieži tiek izmantotas, lai koriģētu jonosfēras svārstības. Inženieri izveido kartes, izmantojot datus no uz zemes izvietotām uztvērēja stacijām, kas var noteikt divu dažādu frekvenču radioviļņu ierašanās laikus, kas saņemti no viena satelīta. Elektroni jonosfērā palēnina zemas frekvences viļņus vairāk nekā augstfrekvences viļņus par aptuveni nanosekundi. Šī atšķirība sniedz informāciju par elektronu blīvumu, caur kuriem vilnis nonāca ceļā uz uztvērēju.

Bez šīm korekcijām GPS būtu neprecīzs par aptuveni 5 metriem un desmitiem metru saules vētru laikā, kad lādētās saules daļiņas palielina elektronu blīvumu. Taču daudzos pasaules reģionos trūkst uz zemes izvietotu uztveršanas staciju, lai izveidotu šīs kartes.

fona troksnis

Lai gan ne visas navigācijas ierīces var strādāt ar vairākām frekvencēm, mūsdienu tālruņi bieži to dara. Saskaņā ar Braiens Viljamss, Google datorzinātnieks Mauntinvjū, Kalifornijā, un pētījuma līdzautors, tālruņu sensori iepriekš netika uzskatīti par praktiskiem jonosfēras kartēšanai. Tas ir tāpēc, ka dati no mobilajiem tālruņiem ir daudz trokšņaināki nekā no īpaši izstrādātām zinātniskām uztvērēju ierīcēm, jo ​​īpaši tāpēc, ka tie uztver signālus tikai periodiski un radioviļņi tiek atstaroti no tuvējām ēkām pilsētās.

Google komanda guva panākumus, daļēji pateicoties lielajam saņemto datu apjomam. "Kad tiek apvienoti lieli daudzumi, trokšņi izzūd, un jūs joprojām saņemat skaidru signālu," saka Viljamss. "Tas ir tā, it kā katrā pilsētā, kur ir tālruņi, būtu zinātniskā novērošanas stacija."

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

Viljamss skaidro, ka jau notiek darbs pie šīs metodes izmantošanas, lai uzlabotu atrašanās vietas noteikšanas precizitāti Android lietotājiem. Bet datiem vajadzētu būt noderīgiem arī Zemes augšējās atmosfēras slāņa zinātniskiem pētījumiem. Karte jau ir atklājusi burbuļus jonizētā gāzē, kas pazīstama kā plazma, Dienvidamerikā, kas iepriekš nav novēroti detalizēti.

Lai patiesi gūtu labumu zinātnei, Google ir jāpublicē dati, saka Kosters, kurš strādā pie Madrigal datu bāzes, kas ir sadarbības ģeotelpisko datu resurss, kas apvieno jonosfēras datus no tūkstošiem zemes staciju. Google pārstāvis pastāstīja Nature ziņu komandai, ka pētījuma dati tiks publicēti kopā ar rakstu, taču pašlaik nav plānots sniegt jaunus datus reāllaikā.

Pētnieki strādā pie citu viedtālruņu sensoru izmantošanas dažādos veidos. Google Android zemestrīču brīdināšanas sistēma 2020. gadā parādīja, kā akselerometri cilvēku viedtālruņos var noteikt zemestrīces un brīdināt citus, kuri joprojām varētu tikt ietekmēti. Apple lietotāji var piekļūt lietotnei, kas izmanto līdzīgu tehnoloģiju.

Līdz šim zinātnieki tālruņus ir uzskatījuši par navigācijas pakalpojumu galalietotājiem, saka Vans. Šī apvērse tālruņa datu izmantošanai kā ievades datiem ir “neatzīmēta teritorija”, viņš saka. "Šis pētījums iezīmē aizraujošu maiņu."

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

   Google Scholar

Lejupielādēt atsauces