Измерване на микрони: Стремежът към изграждане на по-добър GPS

GPS може да ви преведе през града или цялата страна, навигирайки по прашни задни пътища толкова лесно, колкото шестлентови супермагистрали. Но като всеки, който е случайно забит в езеро мога да ви кажа, GPS не е перфектен. Той не може да ви задържи в определена лента, например, или да избягва близките коли, или да ви насочи надолу по изходна рампа. Ето защо John Deere създаде по-добра система.

да че Джон Диър.

Виждате ли, GPS системата, за която повечето хора знаят, е проектирана през 70-те години на миналия век и за това, което представлява, е наистина забележителна. Мрежа от 24 сателита работи повече или по-малко непрекъснато в продължение на 27 години? Обикаляйки земното кълбо от студените предели на космоса - безкрайно наблюдавайки и учтиво подавайки ръка? Безплатно? Чудесен. Но той е предназначен да замени хартиените карти, които рядко се измерват до инч. Автономните автомобили трябва да знаят не само, че сте на магистрала 61, но

точно къде се намирате (при 75 мили в час не по-малко). Автономните дронове и тракторите за земеделие подхраниха селския ренесанс, наречен прецизно земеделие — и за да работи, това изисква прецизност.

За да добавят това ниво на детайлност - и да преработят системата като цяло - изследователите работят, за да заменят съществуващия флот от сателити с нова итерация, наречена GPS III. Миналата седмица беше направена крачка напред, когато SpaceX най-накрая вкара четвърти сателит в своето звездно легло. Това е дълъг процес: Lockheed Martin публикува кратка история от усилията за надграждане на GPS системата през 2012 г. и ние все още едва започваме. Цялото нещо трябва да бъде завършено през 2023 г., като цената му ще бъде около 6 милиарда долара.

Може ли частната индустрия да се справи по-добре? За да погледнем отвътре какво може да измести GPS, разговаряхме с две компании, водещи отговорността и разработващи алтернативи.

Как Deere създаде по-добър GPS

Преди да посочим недостатъците му, нека имаме предвид, че GPS е фантастична система. Наистина е трудно да си представим амбицията и дързостта на съществуващото сателитно съзвездие. Представете си предизвикателствата зад пускането на прецизна антена, която струва няколкостотин милиона долара и е оформена повече или по-малко като камион за сладолед Mister Softee. За да довършат делото, военните го хвърлят върху ракета, която изгаря 2700 паунда течен кислород на второ, изхвърляйки го в космоса с Mach 1... и след това внимателно го освобождава в орбита на около 13 000 мили далеч. Не забравяйте, че диаметърът на самата Земя е само 7 900 мили.

Сега си представете алгоритмите и изчисленията, необходими, за да го поддържате в точна орбита, никога да не удряте другите сателити, непрекъснато предаване, батериите никога не се отказват, часовниците едва излизат от синхрон, докато месеците се превръщат в години и ще получите точката. Това е огромно постижение. И все пак не е достатъчно.

На теория GPS е с точност до 3 фута, но в действителност е по-скоро около 15 фута – достатъчно добър, за да ви отведе до магазина за хранителни стоки, но едва ли е прецизен. Например, ако сте засадили два реликтни домата и няколко краставици в задния си двор, лесно е да отгледате малката си реколта, без да усещате къде поливате. Ако засаждате стотици акри, малки телеметрични грешки могат да ви съсипят.

„Старите времена на работа по цял ден и може би татко свършва и се прибира при сина или дъщерята? Това е почти готово“, каза Ал Савидж, мениджър на StarFire Network в John Deere, пред Digital Trends. „Това, което фермерите искат, е повече реколта. Точност по отношение на засаждане на редове, пръскане и т.н., така че да не прегазите вашите култури.“

Според НАСА (да, че НАСА), когато фермер пресича поле, теглейки сеялка, плуг или друго оборудване зад трактор, създадените редове се припокриват с около 10 процента. Това означава, че значителна част от полето получава двойно повече от необходимите семена, торове и пестициди и работата отнема повече време от необходимото. Днешните трактори използват дигитални системи за позициониране точно като вашата кола, но изискват съвсем различно ниво на точност. Така с помощта на космическата агенция John Deere изгради по-добра система.

„Диференциален GPS го наричат“, каза Савидж. За да получи подробните данни за позициониране, от които се нуждаят съвременните фермери, Deere изгради серия от наземни референтни сайтове по целия свят за събиране на втори набор от данни за позициониране, огромно количество данни, които компанията предава и съхранява в две основни данни центрове. Тази информация се излъчва към набор от геостационарни сателити, управлявани от Inmarsat (John Deere наема пространство върху тях), и след това се предава обратно към StarFire приемниците на компанията на местни трактори – двупосочно пътуване, което е по-дълго от обхващането на земното кълбо, но отнема приблизително толкова време, колкото еднократно дъх.

„Говорите за 12, 13 000 мили, а в някои случаи и за 20 000 мили. И това се случва за пет секунди, така че можете да си представите колко бързо е и колко данни текат“, обясни Савидж. Времето, необходимо на сигнала да пътува до Земята от GPS сателитите, съчетано с часовници в орбита, които се движат все толкова леко несинхронизирани и сигнален шум от електрически заредени частици в нашата атмосфера, прави съществуващите GPS данните са неточни. Чрез свързване на сателитните данни с данните от своята наземна мрежа, Deere е в състояние да триангулира местоположението много по-точно.

„Когато пръскате, искате да сте конкретни, прецизни. Това ви позволява да спестите от хербициди, фунгициди, пестициди и спрейове“, отбелязва Savage.

Как 5G намира път

Ако четете технологичен сайт в наши дни, сте чували шума наоколо 5G. Има различни предимства на бързата нова клетъчна мрежа, най-важното от които е скоростта. Qualcomm демонстрира пикови скорости на изтегляне от около 4,5 гигабита в секунда и средна скорост на предаване на данни от около 1,4 гигабита в секунда. Това е достатъчно бързо, за да изтеглите двучасов филм за около 17 секунди, срещу около 6 минути за текуща 4G връзка. С други думи, нов 5G телефоните ще бъдат около 1000 пъти по-бързи от телефона в джоба ви.

Но 5G има нещо повече от телефони: Qualcomm е убеден в това 5G ще има утрешни коли говорейки помежду си и да ви придружават от самотата си. За да направят това, чиповете на Qualcomm правят повече от просто излъчване на данни по-бързо. Те поддържат CV2X (клетъчно превозно средство към всичко) комуникация, която осигурява директна комуникация между автомобили и други интелигентни обекти в инфраструктурата на града.

Малко обсъждана част от автомобилните планове на Qualcomm включва изграждането на система за премахване на проблема с точността на GPS от 3 до 15 фута. За да направи това, компанията се облегна на съществуващото си патентно портфолио; той обединява данни от съществуващи сателити на глобалната навигационна сателитна система (включително GPS, Галилей на Европа, ГЛОНАСС на Русияи още) с нещо, наречено VEPP, или подобрено зрение прецизно позициониране. По същество Qualcomm планира да използва изображения от съществуващи видеокамери, за да определи точното местоположение на автомобила.

„Разходите за това не са астрономични“, каза Накул Дуггал, старши вицепрезидент по управление на продукти за Qualcomm, пред Digital Trends. „По принцип се нуждаете от стандартна камера, каквато имате днес… всичко останало е нещо, за което вече активирате телематичния модул.“

Но ето нещо: CV2X е мечта сред технологичните компании от години и макар да може да обещава, крие и предизвикателства. От една страна, има проблем с намирането на честотната лента: регулаторите запазват част от спектъра на 5,9 GHz за разговор между превозни средства, но регулаторните усилия за придвижване на проекта напред са отишли ​​буквално никъде. Като Аджит Пай, председател на Федералната комисия по комуникациите (FCC) написа миналия месец, „Спектърът от 5,9 GHz е престоял твърде дълго. През последните две десетилетия американският народ чакаше този основен средночестотен спектър да бъде използван и времето за чакане свърши.

Не, американците не са настоявали за това, въпреки хвалебствията на Пай; малко хора мислят два пъти за разпределението на спектъра между закуската и леглото. Но ходът на FCC миналия месец да модернизира честотната лента от 5,9 GHz е добра новина за C2VX. Все пак 5G в автомобилите трябва да извърви дълъг път.

Добавете към това бавната времева линия, върху която работи 5G. Първият 5G модемите може да се появят в нови превозни средства през 2022 г., а усъвършенстваните модели вероятно няма да пристигнат до 2025 г. според Light Reading. А крайпътната инфраструктура за комуникация с тези модеми, за да се даде възможност за самостоятелно шофиране, не трябва да бъде въведена в търговската мрежа до около 2025 г. Междувременно системата StarFire на John Deere вече работи 5G, каза ни Savage, заедно с GPS, руската GLONASS, QZSS, IRNN и други. Така че, когато 5G е широко разпространен, той ще помогне да се запълнят редица пропуски.

„5G ще бъде наистина полезно, когато стигне до фермерите в селските райони, в по-високите географски ширини – ЕС, Холандия – мисля 5G ще помогне. Всичко, което е хълмисто, където отношението на превозното средство, неравностите на терена, където всъщност не можете да видите южния край за сателитна възприемчивост, 5G наистина ще помогне също“, каза Савидж.

Тук си струва да подчертаем една точка: GPS III, 5G и StarFire не са непременно конкурентни технологии. Нито една компания или технология няма да доминира в това пространство и да направи останалите остарели, нито е необходимо. Важно е да се отбележи, че 5G ще подобри системата Starfire на John Deere, а не ще я замени. GPS III ще работи в тандем с — не срещу — 5G за поддържане на автономните автомобили на път. Всички те са различни пътища, които водят до една и съща дестинация: По-добро позициониране за всеки и всичко, без значение какво е приложението.

До тогава? Избягвайте езерата и дръжте двете си ръце на волана. Защото нов GPS е точно на пътя, но можем да шофираме толкова бързо.