Mikronite mõõtmine: parem GPS-i loomine

GPS võib teid juhtida üle linna või üle riigi, navigeerides tolmustel tagasiteel sama lihtsalt kui kuuerealistel kiirteedel. Aga nagu igaüks, kes on kogemata järve sõitnud võin teile öelda, et GPS pole täiuslik. See ei saa teid näiteks kindlal sõidurajal hoida, läheduses asuvate autode eest kõrvale põigelda ega teid mahasõidukaldteest alla juhtida. Seetõttu ehitas John Deere parema süsteemi.

jah, et John Deere.

Näete, GPS-süsteem, mida enamik inimesi teab, loodi 1970. aastatel ja selle jaoks on see tõeliselt tähelepanuväärne. 24 satelliidist koosnev võrk tegutsenud enam-vähem pidevalt 27 aastat? Ümber maakera tiirlemine kosmose külmetest aladest – lõputu vaatamine ja viisakalt kätt ulatamine? Tasuta? Imeline. Kuid see oli mõeldud asendama paberkaarte, mille mõõtmed ulatuvad harva tollini. Autonoomsed autod peavad teadma mitte ainult seda, et olete maanteel 61, vaid täpselt kus te olete (75 miili tunnis mitte vähem). Põllumajanduses kasutatavad autonoomsed droonid ja traktorid on õhutanud maaelu renessansi, mida nimetatakse

täppispõllumajandus — ja selleks, et töötada, see nõuab täpsus.

Selle üksikasjalikkuse suurendamiseks ja süsteemi üldiseks muutmiseks on teadlased töötanud selle nimel, et asendada olemasolev satelliitide park uue iteratsiooniga, mida nimetatakse GPS III. Eelmisel nädalal astus samm edasi, kui SpaceX tõstis lõpuks neljanda satelliidi oma tähesängi. See on pikk protsess: Lockheed Martin avaldas lühike ajalugu 2012. aastal tehtud jõupingutustest GPS-süsteemi uuendamiseks ja me alles alustame. Kogu asi peaks valmima 2023. aastal ja selle maksumus ulatub 6 miljardi dollarini.

Kas eratööstus saab sellega paremini hakkama? Et saada ülevaade sellest, mis võib GPS-i välja tõrjuda, rääkisime kahe ettevõttega, kes juhivad laadimist ja arendavad alternatiive.

Kuidas Deere parema GPS-i ehitas

Enne selle puudustele osutamist pidage meeles, et GPS on fantastiline süsteem. Tõepoolest, olemasoleva satelliidi tähtkuju ambitsioonikuse ja jultumuse ümber on raske pead mähkida. Kujutage ette väljakutseid, mis kaasnevad täppisantenni käivitamisega, mis maksab paarsada miljonit dollarit ja on kujundatud enam-vähem nagu Mister Softee jäätiseauto. Teo lõpuleviimiseks löövad sõjaväelased selle raketi pihta, mis põletab 2700 naela vedelat hapnikku ühe kohta. teiseks visates selle kosmosesse kiirusel 1 Mach … ja seejärel vabastades selle õrnalt umbes 13 000 miili orbiidile ära. Pidage meeles, et Maa enda läbimõõt on vaid 7900 miili.

Nüüd kujutage ette algoritme ja arvutusi, mis on vajalikud selle täpsel orbiidil hoidmiseks, mitte kunagi teisi satelliite tabamata, edastab pidevalt, patareid ei vea kunagi üles, kellad triivivad vaevu sünkroonist välja, kui kuudest saavad aastad, ja saate punkt. See on tohutu saavutus. Siiski, sellest ei piisa.

GPS on teoreetiliselt 3 jala täpsusega, kuid tegelikkuses on see rohkem kui 15 jalga – piisavalt hea, et viia teid toidupoodi, kuid vaevalt täpne. Näiteks kui olete oma tagaaeda istutanud kaks pärandtomatit ja mõned kurgid, on lihtne oma pisikest saaki kasvatada, ilma et oleks aimugi, kus te kastate. Kui istutate sadu hektareid, võivad väikesed telemeetriavead teid rikkuda.

“Vanad ajad, mil töötati terve päev ja võib-olla saab isa tehtud ja jõuab koju poja või tütre juurde? See on peaaegu tehtud, ”rääkis John Deere'i StarFire Networki juht Al Savage Digital Trendsile. "See, mida põllumehed tahavad, on rohkem saaki. Täpsus reas istutamise, pritsimise jms osas, nii et te ei jookse oma põllukultuuridest üle.

NASA andmetel (jah, et NASA), kui põllumees läbib põldu, tõmmates traktori taha külvikut, adrat või muud varustust, kattuvad loodavad read umbes 10 protsenti. See tähendab, et märkimisväärne osa põllust saab topelt vajalikku seemet, väetist ja pestitsiide ning töö võtab kauem aega kui vaja. Tänapäeva traktorid kasutavad digitaalseid positsioneerimissüsteeme nagu teie auto, kuid nõuavad täiesti erinevat täpsust. Nii ehitas John Deere kosmoseagentuuri abiga parema süsteemi.

"Nad kutsuvad seda diferentsiaal-GPS-iks, " ütles Savage. Et saada üksikasjalikke positsioneerimisandmeid, mida tänapäeva põllumehed vajavad, ehitas Deere rea maapealseid tugisaite üle maailma koguda teist positsioneerimisandmete kogumit, suurt hulka andmeid, mida ettevõte edastab ja ladustab kahes põhiandmes keskused. See teave edastatakse Inmarsati juhitavatele geostatsionaarsetele satelliitidele (John Deere rendib neile ruumi) ja edastatakse seejärel tagasi ettevõtte StarFire vastuvõtjad kohalikel traktoritel – edasi-tagasi reis on pikem kui maakera läbimine, kuid kestab umbes sama kaua kui üks hingetõmme.

"Te räägite 12, 13 000 ja mõnel juhul 20 000 miilist. Ja see juhtub viie sekundiga, nii et võite ette kujutada, kui kiire see on ja kui palju andmeid liigub, ”selgitas Savage. Aeg, mis kulub GPS-satelliitide signaali Maale liikumiseks koos orbiidil triivivate kelladega sünkroonist ja meie atmosfääris olevate elektriliselt laetud osakeste signaalimürast veidi väljas, muudab olemasoleva GPS-i andmed ebatäpsed. Seostades satelliidiandmed oma maapealse võrgu andmetega, suudab Deere asukoha palju täpsemalt trianguleerida.

„Pihustades tahad olla konkreetne ja täpne. See võimaldab säästa herbitsiidide, fungitsiidide, pestitsiidide ja pihustite arvelt,” märgib Savage.

Kuidas 5G teed leiab

Kui loete tänapäeval mõnda tehnoloogiasaiti, olete kuulnud selle kohta käivat hüpet 5G. Kiirel uuel mobiilsidevõrgul on mitmeid eeliseid, millest peamine on kiirus. Qualcomm on näidanud allalaadimise tippkiirust umbes 4,5 gigabitti sekundis ja keskmist andmeedastuskiirust umbes 1,4 gigabitti sekundis. See on piisavalt kiire kahetunnise filmi allalaadimiseks umbes 17 sekundiga, praeguse 4G-ühenduse puhul aga umbes 6 minutiga. Teisisõnu uus 5G telefonid on umbes 1000 korda kiiremad kui praegu taskus olev telefon.

Kuid 5G on rohkem kui telefonid: Qualcomm on selles veendunud 5G saavad homsed autod omavahel rääkides ja teid kõiki saatmas nende üksildus. Selleks teevad Qualcommi kiibid enamat kui lihtsalt kiirgavad andmeid kiiremini. Nad toetavad CV2X (mobiilsidevahend-kõigele) side, mis pakub otsesuhtlust autode ja linna infrastruktuuri muude nutikate objektide vahel.

Vähe arutatud osa Qualcommi autotööstuse plaanidest hõlmab süsteemi loomist GPS-i 3–15 jala täpsuse probleemi kõrvaldamiseks. Selleks toetus ettevõte oma olemasolevale patendiportfellile; see liidab andmeid olemasolevatelt globaalse navigatsioonisatelliitide süsteemi satelliitidelt (sh GPS, Euroopa Galileo, Venemaa GLONASSja rohkem) millegi nimega VEPPvõi nägemise täiustatud täpne positsioneerimine. Sisuliselt kavatseb Qualcomm kasutada olemasolevate videokaamerate pilte, et määrata auto täpne asukoht.

"Selle tegemise hind ei ole astronoomiline," ütles Qualcommi tootehalduse vanem asepresident Nakul Duggal Digital Trendsile. "Põhimõtteliselt on teil vaja tavalist kaamerat, nagu teil on täna... kõik muu on midagi, mille jaoks te juba telemaatikaüksuse lubate."

Kuid siin on asi: CV2X on olnud tehnoloogiaettevõtete unistus juba aastaid ja kuigi see võib olla paljutõotav, sisaldab see ka väljakutseid. Esiteks on probleem ribalaiuse leidmisega: regulaatorid on reserveerinud killukese spektrit 5,9 GHz sõidukitevaheliseks vestluseks, kuid regulatiivsed jõupingutused projekti edasiviimiseks on läinud sõna otseses mõttes mitte kuhugi. Nagu Ajit Pai, föderaalse kommunikatsioonikomisjoni (FCC) esimees kirjutas eelmisel kuul, “5,9 GHz spekter on liiga kaua söötis seisnud. Viimased kaks aastakümmet on ameeriklased oodanud selle parima keskriba spektri kasutuselevõttu ja ootamise aeg on möödas.

Ei, ameeriklased ei ole seda nõudnud, hoolimata Pai põrutusest; vähesed inimesed mõtlevad kaks korda hommikusöögi ja voodi vahelisele spektri jaotamisele. Kuid FCC eelmisel kuul tehtud samm 5,9 GHz sagedusala moderniseerimiseks on C2VX jaoks hea uudis. Siiski on 5G-l autodes veel pikk tee käia.

Lisage sellele 5G nüri ajaskaala, millel on töötanud. Esimene 5G modemid võivad ilmuda uutesse sõidukitesse 2022. aastal ja täiustatud mudelid jõuavad tõenäoliselt kohale alles 2025. aastal, Light Readingi järgi. Ja maanteeäärne infrastruktuur nende modemitega suhtlemiseks, et võimaldada isejuhtimist, tuleb kaubanduslikult kasutusele võtta alles umbes 2025. aastal. Vahepeal John Deere'i StarFire süsteem juba töötab 5G, rääkis Savage meile koos GPS-i, Venemaa GLONASSi, QZSS-i, IRNN-i ja teistega. Niisiis, millal 5G on laialdaselt kasutusel, aitab see täita mitmeid lünki.

Ma arvan, et 5G-st on tõesti abi, kui see jõuab põllumeesteni maapiirkondades, kõrgematel laiuskraadidel – EL, Holland. 5G aitab. Kõik, mis on künklik, kus on sõiduki hoiak, maastiku ebatasasus, kus te ei näe satelliidi vastuvõtu jaoks lõunapoolset otsa, 5G tõesti aitab ka,” ütles Savage.

Siinkohal tasub rõhutada ühte punkti: GPS III, 5G ja StarFire ei pruugi olla konkureerivad tehnoloogiad. Ükski ettevõte või tehnoloogia ei hakka selles ruumis domineerima ega muudaks teised vananenuks, ega ka vaja. Oluline on seda tähele panna 5G täiustab John Deere'i Starfire'i süsteemi, mitte ei asenda seda. GPS III töötab koos - mitte vastu - 5G autonoomsete autode õigel rajal hoidmiseks. Need on kõik erinevad teed, mis viivad samasse sihtkohta: parem positsioneerimine kõigile ja kõigele, olenemata rakendusest.

Seniks? Põika järvedest kõrvale ja hoia mõlemad käed roolil. Sest uus GPS on just teel – aga sinna saame sõita vaid nii kiiresti.