Mikronien mittaus: pyrkimys rakentaa parempi GPS

GPS voi ohjata sinut kaupungin tai maan halki ja navigoida pölyisillä takateillä yhtä helposti kuin kuusikaistaisilla supervaltateillä. Mutta kuten kuka tahansa vahingossa ajanut järveen voin kertoa, että GPS ei ole täydellinen. Se ei voi esimerkiksi pitää sinua tietyllä kaistalla, väistää lähellä olevia autoja tai ohjata sinua poistumisramppia alas. Siksi John Deere rakensi paremman järjestelmän.

Joo, että John Deere.

GPS-järjestelmä, jonka useimmat ihmiset tietävät, on suunniteltu 1970-luvulla, ja se on todella merkittävä. 24 satelliitin verkko toiminut enemmän tai vähemmän jatkuvasti 27 vuoden ajan? Kierrätkö maapalloa avaruuden kylmiltä ulottuvuuksilta – katsot loputtomasti ja ojeletko kohteliaasti kätesi? Ilmaiseksi? Ihana. Mutta se oli suunniteltu korvaamaan paperikartat, jotka harvoin mittaavat tuumaa. Autonomisten autojen ei tarvitse tietää vain, että olet valtatiellä 61, vaan tarkalleen missä olet (75 mailia tunnissa vähintään). Autonomiset droonit ja maataloustraktorit ovat ruokkineet maaseudun renessanssia, jota kutsutaan

tarkkuusmaataloutta – ja työskentely vaatii tarkkuutta.

Tämän yksityiskohtaisuuden lisäämiseksi – ja järjestelmän uudistamiseksi yleensä – tutkijat ovat työskennelleet korvatakseen olemassa olevan satelliittikaluston uudella iteraatiolla, nimeltään. GPS III. Se otti askeleen eteenpäin viime viikolla, kun SpaceX vihdoin nosti neljännen satelliitin tähtisänkyyn. Se on pitkä prosessi: Lockheed Martin julkaisi lyhyt historia ponnisteluista GPS-järjestelmän päivittämiseksi vuonna 2012, ja olemme vielä vasta alussa. Koko asian on määrä valmistua vuonna 2023, ja sen kustannukset ovat lähes 6 miljardia dollaria.

Voiko yksityinen teollisuus tehdä sen paremmin? Saadaksemme sisäpiirin katsauksen siitä, mikä saattaa syrjäyttää GPS: n, keskustelimme kahden yrityksen kanssa, jotka johtavat latausta ja kehittävät vaihtoehtoja.

Kuinka Deere rakensi paremman GPS: n

Ennen kuin osoitat sen puutteet, muistetaan, että GPS on fantastinen järjestelmä. On todellakin vaikea pukea päätäsi olemassa olevan satelliittitähtikuvion kunnianhimolle ja rohkeudelle. Kuvittele, millaisia ​​haasteita on saada käyttöön tarkkuusantenni, joka maksaa muutama sata miljoonaa taalaa ja on muodoltaan enemmän tai vähemmän kuin Mister Softee -jäätelöauto. Täydentääkseen teon armeija löi sen rakettia, joka polttaa 2700 kiloa nestemäistä happea per toiseksi heittämällä sen avaruuteen 1 Machin nopeudella … ja vapauttamalla sen sitten varovasti kiertoradalle noin 13 000 mailia pois. Muista, että maan halkaisija on vain 7900 mailia.

Kuvittele nyt algoritmit ja laskelmat, jotka ovat välttämättömiä sen pitämiseksi tarkalla kiertoradalla, osumatta koskaan muihin satelliitteihin, lähettää jatkuvasti, paristot eivät koskaan hajoa, kellot hädin tuskin ajautuvat tahdista, kun kuukaudet muuttuvat vuosiksi, ja saat pointti. Se on valtava saavutus. Silti se ei riitä.

GPS on teoriassa 3 jalan tarkkuudella, mutta todellisuudessa se on enemmän kuin 15 jalkaa – tarpeeksi hyvä viemään sinut ruokakauppaan, mutta tuskin tarkka. Jos olet esimerkiksi istuttanut takapihallesi kaksi perintötomaattia ja pari kurkkua, on helppo kasvattaa pientä satoasi ilman, että tiedät, missä kastelet. Jos istutat satoja hehtaareja, pienet telemetriavirheet voivat pilata sinut.

”Vanhat ajat olivat koko päivän töissä ja ehkä isä on valmis ja pääsee kotiin pojan tai tyttären luo? Se on melko pitkälti tehty", John Deeren StarFire Network -päällikkö Al Savage kertoi Digital Trendsille. ”Viljelijät haluavat enemmän tuottoa. Tarkkuus riviistutuksen, ruiskutuksen jne. suhteen, joten et aja satoihisi."

NASAn mukaan (Joo, että NASA), kun maanviljelijä kulkee ristikkäin pellon vetäen kylvökonetta, auraa tai muuta laitetta traktorin takana, luodut rivit menevät päällekkäin noin 10 prosenttia. Tämä tarkoittaa, että merkittävä osa peltoa saa kaksinkertaisen määrän siemeniä, lannoitteita ja torjunta-aineita, ja työ kestää tarpeettoman kauemmin. Nykypäivän traktorit käyttävät digitaalisia paikannusjärjestelmiä aivan kuten autosi, mutta vaativat aivan erilaista tarkkuutta. Joten avaruusviraston avulla John Deere rakensi paremman järjestelmän.

"Differentiaalinen GPS on se, mitä he kutsuvat", Savage sanoi. Saadakseen nykyaikaisten maanviljelijöiden tarvitsemat rakeiset paikannustiedot Deere rakensi joukon maanpäällisiä referenssikohteita ympäri maailmaa. kerätä toinen joukko paikannustietoja, valtava määrä tietoa, jonka yritys lähettää ja varastoi kahdessa päädatassa keskuksia. Nämä tiedot lähetetään Inmarsatin ylläpitämille geostationaarisille satelliiteille (John Deere vuokraa niille tilaa) ja lähetetään sitten takaisin alas yrityksen StarFire-vastaanottimet paikallisilla traktoreilla – edestakainen matka, joka on pidempi kuin maapallon kattava, mutta kestää suunnilleen yhtä kauan hengitys.

"Puhut 12, 13 000 mailia ja joissain tapauksissa 20 000 mailia. Ja tämä tapahtuu viidessä sekunnissa, joten voit kuvitella kuinka nopeasti se on ja kuinka paljon dataa virtaa", Savage selitti. Aika, joka kuluu signaalin matkaamiseen Maahan GPS-satelliiteista yhdistettynä kiertoradalla ajautuviin kelloihin aina niin hieman epätahdissa ja signaalikohina ilmakehässämme olevista sähköisesti varautuneista hiukkasista, tekee nykyisestä GPS: stä tiedot epätarkkoja. Yhdistämällä satelliittitiedot maanpäällisen verkon tietoihin Deere pystyy kolmiomaan sijainnin paljon tarkemmin.

”Kun ruiskutat, haluat olla täsmällinen ja tarkka. Näin voit säästää rikkakasvien torjunta-aineista, sienitautien torjunta-aineista, torjunta-aineista ja suihkeista”, Savage huomauttaa.

Kuinka 5G löytää polun

Jos luet teknologiasivustoa näinä päivinä, olet kuullut hypetyksen 5G. Uudella nopealla matkapuhelinverkolla on monia etuja, joista tärkein on nopeus. Qualcomm on osoittanut huippulatausnopeudet noin 4,5 gigabittiä sekunnissa ja keskimääräiset tiedonsiirtonopeudet noin 1,4 gigabittiä sekunnissa. Se on tarpeeksi nopea kahden tunnin elokuvan lataamiseen noin 17 sekunnissa, kun nykyisellä 4G-yhteydellä se kestää noin 6 minuuttia. Toisin sanoen uusi 5G puhelimet ovat noin 1000 kertaa nopeampia kuin taskussasi tällä hetkellä.

Mutta 5G: ssä on muutakin kuin puhelimet: Qualcomm on vakuuttunut siitä 5G tulee huomisen autot puhuvat keskenään ja ohjaavat teitä kaikkia heidän yksinäisyytensä vuoksi. Tätä varten Qualcommin sirut tekevät muutakin kuin vain lähettävät dataa nopeammin. Ne tukevat CV2X (matkapuhelin ajoneuvo-kaikkeen) viestintä, joka tarjoaa suoraa viestintää autojen ja muiden kaupungin infrastruktuurissa olevien älykkäiden kohteiden välillä.

Vähän keskusteltu osa Qualcommin autoalan suunnitelmista sisältää järjestelmän rakentamisen GPS: n 3–15 jalan tarkkuusongelman poistamiseksi. Tätä varten yhtiö nojasi olemassa olevaan patenttisalkkuunsa; se yhdistää tiedot olemassa olevista Global Navigation Satellite System -satelliiteista (mukaan lukien GPS, Euroopan Galileo, Venäjän GLONASSja enemmän) jollain nimellä VEPP, tai näkötehostettu tarkka paikannus. Pohjimmiltaan Qualcomm aikoo käyttää olemassa olevien videokameroiden kuvia auton tarkan sijainnin määrittämiseen.

"Tämän tekemisen kustannukset eivät ole tähtitieteelliset", Qualcommin tuotehallinnan johtaja Nakul Duggal kertoi Digital Trendsille. "Tarvitset periaatteessa tavallisen kameran, kuten nykyään... kaikki muu on jotain, johon olet jo mahdollistanut telematiikkayksikön."

Mutta tässä on asia: CV2X on ollut teknologiayritysten unelma vuosia, ja vaikka se saattaa olla lupaava, siinä on myös haasteita. Ensinnäkin ongelmana on kaistanleveyden löytäminen: sääntelijät ovat varaaneet kaistan spektriä 5,9 GHz ajoneuvojen väliseen keskusteluun, mutta sääntelytoimet projektin edistämiseksi ovat menneet kirjaimellisesti ei mihinkään. Kuten Ajit Pai, Federal Communications Commissionin (FCC) puheenjohtaja kirjoitti viime kuussa, "5,9 GHz: n spektri on ollut kesannolla aivan liian kauan. Viimeisten kahden vuosikymmenen ajan amerikkalaiset ovat odottaneet, että tämä ensiluokkainen keskikaistaspektri otetaan käyttöön, ja odottamisen aika on ohi."

Ei, amerikkalaiset eivät ole vaatineet tätä, huolimatta Pain röyhkeästä; harvat ihmiset ajattelevat kahdesti spektrin jakamista aamiaisen ja yöpymisen välillä. Mutta FCC: n viime kuun siirto modernisoida 5,9 GHz: n taajuus on hyvä uutinen C2VX: lle. Silti 5G: llä autoissa on vielä pitkä matka.

Lisätään tähän 5G: n heikko aikajana, jolla se on toiminut. Ensimmäinen 5G modeemit saattavat ilmestyä uusiin ajoneuvoihin vuonna 2022, ja edistyneet mallit tulevat luultavasti vasta vuonna 2025, Light Readingin mukaan. Tienvarsiinfrastruktuuri kommunikoimaan näiden modeemien kanssa itse ajamisen mahdollistamiseksi on tarkoitus ottaa kaupallisesti käyttöön vasta noin vuonna 2025. Samaan aikaan John Deeren StarFire-järjestelmä toimii jo 5G, Savage kertoi meille GPS: n, Venäjän GLONASSin, QZSS: n, IRNN: n ja muiden kanssa. Joten kun 5G on laajalti käytössä, se auttaa täyttämään useita aukkoja.

"5G on todella hyödyllinen, kun se tulee maanviljelijöille maaseudulla, korkeammilla leveysasteilla - EU, Alankomaat - luulen 5G auttaa. Kaikki mikä on mäkinen, missä ajoneuvon asenne, maaston epätasaisuus, jossa ei todellakaan näe eteläpäätä satelliittien vastaanotolle, 5G se todella auttaa myös", Savage sanoi.

Tässä on syytä korostaa yhtä asiaa: GPS III, 5G ja StarFire eivät välttämättä ole kilpailevia teknologioita. Mikään yksittäinen yritys tai teknologia ei aio hallita tätä tilaa ja tehdä muista vanhentuneiksi, eikä sen tarvitsekaan. On tärkeää huomata se 5G parantaa John Deeren Starfire-järjestelmää, ei korvaa sitä. GPS III toimii rinnakkain - ei vastaan ​​- 5G pitääkseen autonomiset autot raiteilla. Ne ovat kaikki eri väyliä, jotka johtavat samaan kohteeseen: Parempi paikannus kaikille ja kaikelle sovelluksesta riippumatta.

Siihen asti? Vältä järviä ja pidä molemmat kädet ratissa. Koska uusi GPS on vasta tiellä - mutta voimme ajaa sinne vain niin nopeasti.