מדידת מיקרונים: החיפוש לבנות GPS טוב יותר

GPS יכול להדריך אותך ברחבי העיר או ברחבי הארץ, לנווט בדרכים מאובקות בקלות כמו כבישים מהירים עם שישה נתיבים. אבל כמו כל מי שכן נסע בטעות לתוך אגם יכול לומר לך, GPS אינו מושלם. זה לא יכול להחזיק אותך בנתיב מסוים, למשל, או להתחמק ממכוניות סמוכות, או לנווט אותך ברמפת יציאה. זו הסיבה שבנה ג'ון דיר מערכת טובה יותר.

כן, זֶה ג'ון דיר.

אתה מבין, מערכת ה-GPS שרוב האנשים מכירים תוכננה בשנות ה-70, ועבור מה שהיא, היא באמת יוצאת דופן. רשת של 24 לוויינים פועלים פחות או יותר ברציפות במשך 27 שנים? להקיף את הגלובוס מהמרחבים הקפואים של החלל - לצפות בלי סוף ולתת יד בנימוס? בחינם? נִפלָא. אבל הוא תוכנן להחליף מפות נייר, שלעיתים רחוקות נמדדות עד אינץ'. מכוניות אוטונומיות צריכות לדעת לא רק שאתה על כביש 61 אלא בְּדִיוּק איפה אתה נמצא (במהירות של 75 מייל לשעה לא פחות). מל"טים אוטונומיים וטרקטורים לחקלאות הזינו רנסנס כפרי שנקרא חקלאות מדויקת - וכדי לעבוד, זה דורש דיוק.

כדי להוסיף את רמת הפירוט הזו - ולשנות את המערכת באופן כללי - חוקרים עמלו להחליף את צי הלוויינים הקיים באיטרציה חדשה בשם

GPS III. זה לקח צעד קדימה בשבוע שעבר כאשר SpaceX סוף סוף הניפה לוויין רביעי למיטה זרועת הכוכבים שלו. זה תהליך ארוך: לוקהיד מרטין פרסמה היסטוריה קצרה מהמאמץ לשדרג את מערכת ה-GPS ב-2012, ואנחנו עדיין רק בתחילת הדרך. כל העניין אמור להסתיים ב-2023, בעלות שתתקרב ב-6 מיליארד דולר.

האם התעשייה הפרטית יכולה לעשות זאת טוב יותר? כדי לקבל מבט מבפנים על מה שעשוי להחליף את ה-GPS, שוחחנו עם שתי חברות המובילות את המטען ומפתחות חלופות.

איך דיר בנתה GPS טוב יותר

לפני שנצביע על הפגמים שלה, בואו נזכור ש-GPS היא מערכת פנטסטית. ואכן, קשה לעטוף את הראש סביב השאיפה והחוצפה של קבוצת הלוויין הקיימת. תארו לעצמכם את האתגרים מאחורי שיגור אנטנה מדויקת שעולה כמה מאות מיליוני דולרים ומעוצבת פחות או יותר כמו משאית גלידה של מיסטר סופטי. להשלמת המעשה, הצבא מטיח בו על רקטה ששורפת 2,700 קילו חמצן נוזלי לכל שנית, לזרוק אותו לחלל ב-Mach 1... ואז משחרר אותו בעדינות למסלול של כ-13,000 מיילים רָחוֹק. זכור, קוטר כדור הארץ עצמו הוא רק 7,900 מייל.

עכשיו, דמיין את האלגוריתמים והחישובים הדרושים כדי לשמור אותו במסלול מדויק, בלי לפגוע בלוויינים האחרים, משדר כל הזמן, סוללות לעולם אינן נכשלות, שעונים בקושי מסתנכרנים כשהחודשים הופכים לשנים, ותקבל הנקודה. זה הישג עצום. ובכל זאת, זה לא מספיק.

GPS מדויק בטווח של 3 רגל, בתיאוריה, אבל במציאות זה יותר כמו 15 רגל בערך - מספיק טוב כדי להביא אותך למכולת, אבל בקושי מדויק. לדוגמה, אם שתלתם שתי עגבניות ירושה וכמה מלפפונים בחצר האחורית שלכם, קל לגדל את הקציר הזעיר שלכם בלי שום תחושה של היכן אתם משקים. אם אתה שותל מאות דונמים, שגיאות טלמטריה זעירות יכולות להרוס אותך.

"הימים ההם של עבודה כל היום ואולי אבא מסיים וחוזר הביתה לבן או הבת? זה די נעשה", אמר אל סאבאג', מנהל רשת StarFire בג'ון דיר, ל-Digital Trends. "מה שחקלאים רוצים זה יותר תשואה. דיוק במונחים של שתילת שורות, ריסוס וכו', כדי שלא תדרס את היבול שלך".

לפי נאס"א (כן, זֶה NASA), כאשר חקלאי חוצה שדה מושך מזרע, מחרשה או ציוד אחר מאחורי טרקטור, השורות שנוצרות חופפות בכ-10 אחוזים. המשמעות היא שחלק ניכר מהשדה מקבל כפול מהזרעים, הדשן וההדברה הדרושים, והעבודה נמשכת זמן רב מהנדרש. הטרקטורים של היום משתמשים במערכות מיקום דיגיטליות בדיוק כמו המכונית שלך, אבל דורשים רמת דיוק שונה לגמרי. אז בעזרת סוכנות החלל, ג'ון דיר בנה מערכת טובה יותר.

"GPS דיפרנציאלי זה מה שהם קוראים לזה", אמר סאבאג'. כדי לקבל את נתוני המיקום המפורטים שהחקלאים המודרניים צריכים, דיר בנתה סדרה של אתרי התייחסות קרקעיים ברחבי העולם לאסוף קבוצה שנייה של נתוני מיצוב, כמות עצומה של נתונים שהחברה מעבירה ומחסנים בשני נתונים עיקריים מרכזים. המידע הזה מועבר לקבוצה של לוויינים גיאוסטציונריים המנוהלים על ידי Inmarsat (ג'ון דיר שוכר שטח עליהם), ואז מועבר בחזרה אל מקלטי StarFire של החברה בטרקטורים מקומיים - נסיעה הלוך ושוב ארוכה יותר מאשר על פני כדור הארץ אבל לוקחת בערך זמן כמו סינגל נְשִׁימָה.

"אתה מדבר על 12, 13,000 מיילים, ובמקרים מסוימים 20,000 מיילים. וזה קורה תוך חמש שניות, אז אתה יכול לדמיין כמה זה מהיר וכמה נתונים זורם", הסביר Savage. הזמן שלוקח לאות לנסוע לכדור הארץ מלווייני ה-GPS, בשילוב עם שעונים בסחיפה במסלול קצת לא מסונכרן ורעש האותות מחלקיקים טעונים חשמלית באטמוספירה שלנו, מייצר GPS קיים נתונים לא מדויקים. על ידי שילוב של נתוני הלוויין עם נתונים מהרשת היבשתית שלה, Deere מסוגלת לשלש מיקום בצורה הרבה יותר מדויקת.

"כשאתה מרסס, אתה רוצה להיות ספציפי, מדויק. זה מאפשר לך לחסוך בקוטלי עשבים, קוטלי פטריות, הדברה וריסוס", מציין סאבאג'.

איך 5G מוצא נתיב

אם אתה קורא אתר טכנולוגי בימים אלה, שמעת את ההייפ מסביב 5G. לרשת הסלולרית החדשה והמהירה יש מגוון יתרונות, כשהראשון שבהם הוא המהירות. קוואלקום הדגימה מהירויות הורדה שיא של כ-4.5 גיגה-ביט לשנייה ומהירויות ממוצעות של העברת נתונים של כ-1.4 גיגה-ביט לשנייה. זה מספיק מהיר כדי להוריד סרט בן שעתיים תוך כ-17 שניות, לעומת כ-6 דקות עבור חיבור 4G נוכחי. במילים אחרות, חדש 5G הטלפונים יהיו מהירים בערך פי 1,000 מהטלפון שנמצא כרגע בכיס שלך.

אבל יש יותר ב-5G מטלפונים: קוואלקום משוכנעת בכך 5G יהיו המכוניות של מחר לדבר אחד לשני וללוות את כולכם בבדידותם. לשם כך, השבבים של קוואלקום עושים יותר מאשר רק מקרינים נתונים מהר יותר. הם תומכים ב- CV2X (רכב סלולרי להכל) תקשורת, המספקת תקשורת ישירה בין מכוניות וחפצים חכמים אחרים בתשתית של עיירה.

חלק שנדון מעט בתוכניות הרכב של קוואלקום כולל בניית מערכת לביטול בעיית הדיוק של GPS של 3 עד 15 רגל. לשם כך, נשענה החברה על תיק הפטנטים הקיים שלה; הוא ממזג נתונים מלוויינים קיימים של מערכת הלוויין העולמית הניווט (כולל GPS, גלילאו של אירופה, GLONASS של רוסיהועוד) עם משהו שנקרא VEPP, או מיקום מדויק משופר ראייה. למעשה, קוואלקום מתכננת להשתמש בתמונות ממצלמות וידאו קיימות כדי לאתר את המיקום המדויק של המכונית.

"העלות לעשות זאת אינה אסטרונומית", אמר נאקול דוגל, סגן נשיא בכיר לניהול מוצר של קוואלקום, ל-Digital Trends. "בעצם אתה צריך מצלמה רגילה כמו שיש לך היום... כל השאר זה משהו שאתה כבר מאפשר ליחידת הטלמטיקה."

אבל זה העניין: CV2X היה חלום בקרב חברות טכנולוגיה כבר שנים, ולמרות שהוא עשוי להבטח, הוא טומן בחובו גם אתגרים. דבר אחד, יש את הבעיה של מציאת רוחב הפס: הרגולטורים שמר על שביב ספקטרום ב- 5.9GHz לפטפוטים בין רכב לרכב, אבל מאמצי הרגולציה להצעיד את הפרויקט קדימה הלכו תרתי משמע לְשׁוּם מָקוֹם. בתור אג'יט פאי, יו"ר ועדת התקשורת הפדרלית (FCC) כתב בחודש שעבר, "ספקטרום 5.9 גיגה-הרץ שכב בשדה זמן רב מדי. בשני העשורים האחרונים, העם האמריקני חיכה שהספקטרום האמצעי הזה יופעל לשימוש, וזמן ההמתנה חלף".

לא, האמריקאים לא זעקו על זה, למרות הרעש של פאי; מעטים האנשים שחושבים פעמיים על הקצאת ספקטרום בין ארוחת בוקר למיטה. אבל המהלך של ה-FCC בחודש שעבר לחדש את רצועת ה-5.9GHz הוא חדשות טובות עבור C2VX. ובכל זאת, ל-5G במכוניות יש דרך ארוכה לעבור.

תוסיפו לזה את ציר הזמן המרושע ש-5G פעל בו. הראשון 5G מודמים עשויים להופיע בכלי רכב חדשים בשנת 2022, ודגמים מתקדמים כנראה לא יגיעו עד 2025, לפי Light Reading. ותשתית בצד הדרך לתקשורת עם מודמים אלה כדי לאפשר נהיגה עצמית לא אמורה לפרוס מסחרית עד 2025 בערך. בינתיים, מערכת StarFire של ג'ון דיר כבר עובדת איתה 5G, אמר לנו סאבאג', יחד עם GPS, GLONASS, QZSS, IRNN, ואחרים של רוסיה. ולכן כאשר 5G פרוסה רחבה, זה יעזור להשלים מספר פערים.

"5G יהיה מאוד מועיל כשזה יגיע לחקלאים באזורים כפריים, בקווי רוחב גבוהים יותר - האיחוד האירופי, הולנד - אני חושב 5G יעזור. כל דבר שהוא הררי, שבו היחס של הרכב, החספוס של השטח, שבו אתה לא באמת יכול לראות את הקצה הדרומי עבור קליטת לוויין, 5G גם ממש יעזור", אמר סאבאג'.

כדאי להדגיש כאן נקודה אחת: GPS III, 5G ו-StarFire אינן בהכרח טכנולוגיות מתחרות. אף חברה או טכנולוגיה אחת לא תשלוט במרחב הזה ותהפוך את האחרות למיושנת, והיא גם לא צריכה לעשות זאת. חשוב לציין זאת 5G ישפר את מערכת Starfire של ג'ון דיר, לא תחליף אותה. GPS III יעבוד במקביל - לא נגד - 5G לשמור על מכוניות אוטונומיות על המסלול. כולם אפיקים שונים שמובילים לאותו יעד: מיקום טוב יותר לכולם ולכל דבר, לא משנה מה היישום.

עד אז? התחמק מהאגמים ושמור את שתי הידיים על ההגה. מכיוון ש-GPS חדש נמצא ממש במעלה הכביש - אבל אנחנו יכולים רק לנסוע לשם כל כך מהר.