Măsurarea micronilor: căutarea pentru a construi un GPS mai bun

GPS-ul vă poate ghida prin oraș sau prin țară, navigând pe drumurile secundare prăfuite la fel de ușor ca pe autostrăzile cu șase benzi. Dar ca oricine care este condus accidental într-un lac vă pot spune, GPS-ul nu este perfect. Nu vă poate ține pe o bandă anume, de exemplu, nu poate evita mașinile din apropiere sau vă poate conduce pe o rampă de ieșire. De aceea, John Deere a construit un sistem mai bun.

Da, acea John Deere.

Vedeți, sistemul GPS pe care îl cunosc majoritatea oamenilor a fost conceput în anii 1970 și, pentru ceea ce este, este cu adevărat remarcabil. O rețea de 24 de sateliți funcționează mai mult sau mai puțin continuu timp de 27 de ani? Înconjurul globului din zonele friguroase ale spațiului – urmărind nesfârșit și dând politicos o mână de ajutor? Gratis? Minunat. Dar a fost conceput pentru a înlocui hărțile de hârtie, care rareori măsoară până la un inch. Mașinile autonome trebuie să știe nu doar că vă aflați pe autostrada 61, dar

exact unde te afli (la 75 mile pe oră nu mai puțin). Dronele și tractoarele autonome pentru agricultură au alimentat o renaștere rurală numită agricultura de precizie — și pentru a lucra, este nevoie precizie.

Pentru a adăuga acest nivel de detaliu - și pentru a revizui sistemul în general - cercetătorii au lucrat pentru a înlocui flota existentă de sateliți cu o nouă iterație numită GPS III. A făcut un pas înainte săptămâna trecută, când SpaceX a aruncat în sfârșit un al patrulea satelit în patul său înstelat. Este un proces lung: a publicat Lockheed Martin o scurta istorie a efortului de a actualiza sistemul GPS în 2012 și încă suntem la început. Totul ar trebui să fie finalizat în 2023, la un cost de aproape 6 miliarde de dolari.

Poate industria privată să o facă mai bine? Pentru a vedea ce ar putea înlocui GPS-ul, am vorbit cu două companii care conduc încărcarea și dezvoltă alternative.

Cum a construit Deere un GPS mai bun

Înainte de a-i sublinia defectele, să reținem că GPS-ul este un sistem fantastic. Într-adevăr, este greu să-ți înțelegi ambiția și îndrăzneala constelației de sateliți existente. Imaginează-ți provocările din spatele lansării unei antene de precizie care costă câteva sute de milioane de dolari și are mai mult sau mai puțin forma unui camion de înghețată Mister Softee. Pentru a finaliza fapta, armata o plesnește pe o rachetă care arde 2.700 de kilograme de oxigen lichid pe fiecare. în al doilea rând, aruncându-l în spațiu la Mach 1... și apoi îl eliberează ușor pe orbită la aproximativ 13.000 de mile departe. Amintiți-vă, diametrul Pământului în sine este de doar 7.900 de mile.

Acum, imaginează-ți algoritmii și calculele necesare pentru a-l menține pe o orbită precisă, fără a lovi niciodată ceilalți sateliți, transmite în mod constant, bateriile nu se defectează niciodată, ceasurile abia se sincronizează pe măsură ce lunile se transformă în ani și vei primi ideea. Este o realizare enormă. Totuși, nu este suficient.

GPS-ul are o precizie de până la 3 picioare, în teorie, dar în realitate este mai degrabă de 15 picioare sau cam asa ceva - suficient de bun pentru a vă duce la magazin alimentar, dar nu este precis. De exemplu, dacă ați plantat două roșii de moștenire și câțiva castraveți în curtea din spate, este ușor să vă creșteți recolta minusculă fără a simți unde udați. Dacă plantați sute de acri, micile erori de telemetrie vă pot ruina.

„Pe vremurile vechi de muncă toată ziua și poate că tata termină și ajunge acasă la fiu sau fiică? Este destul de făcut”, a declarat Al Savage, manager StarFire Network la John Deere, pentru Digital Trends. „Ceea ce își doresc fermierii este un randament mai mare. Acuratețe în ceea ce privește plantarea în rânduri, pulverizarea etc., astfel încât să nu vă treceți peste culturi.”

Potrivit NASA (da, acea NASA), când un fermier traversează un câmp trăgând o semănătoare, plug sau alte echipamente în spatele unui tractor, rândurile care sunt create se suprapun cu aproximativ 10 la sută. Aceasta înseamnă că o parte semnificativă a câmpului primește dublul necesarului de semințe, îngrășăminte și pesticide, iar munca durează mai mult decât este necesar. Tractoarele de astăzi folosesc sisteme de poziționare digitală la fel ca mașina dvs., dar necesită un nivel cu totul diferit de precizie. Deci, cu ajutorul agenției spațiale, John Deere a construit un sistem mai bun.

„GPS diferențial este așa cum îl numesc ei”, a spus Savage. Pentru a obține datele de poziționare granulare de care fermierii moderni au nevoie, Deere a construit o serie de site-uri de referință la sol pe tot globul. pentru a colecta un al doilea set de date de poziționare, o cantitate mare de date pe care compania o transmite și depozitează în două date principale centre. Aceste informații sunt transmise către un set de sateliți geostaționari conduși de Inmarsat (John Deere închiriază spațiu pe ei) și apoi transmise înapoi către receptoarele StarFire ale companiei pe tractoare locale – o călătorie dus-întors care este mai lungă decât acoperă globul, dar durează cam cât un singur suflare.

„Vorbiți despre 12, 13.000 de mile și, în unele cazuri, 20.000 de mile. Și acest lucru se întâmplă în cinci secunde, așa că vă puteți imagina cât de rapid este și cât de multe date curg”, a explicat Savage. Timpul necesar unui semnal pentru a călători pe Pământ de la sateliții GPS, combinat cu ceasurile aflate în derivă pe orbită atât de ușor desincronizat și zgomotul semnalului de la particulele încărcate electric din atmosfera noastră, face GPS-ul existent date imprecise. Îmbinând datele satelitului cu datele din rețeaua sa terestră, Deere este capabil să trianguleze locația mult mai precis.

„Când pulverizați, doriți să fiți specific, precis. Acest lucru vă permite să economisiți pe erbicide, fungicide, pesticide și spray-uri”, notează Savage.

Cum 5G găsește o cale

Dacă citiți un site de tehnologie în aceste zile, ați auzit hype-ul din jur 5G. Există o varietate de beneficii pentru noua rețea celulară rapidă, dintre care cel mai important este viteza. Qualcomm a demonstrat viteze maxime de descărcare de aproximativ 4,5 gigabiți pe secundă și viteze medii de transmisie a datelor de aproximativ 1,4 gigabiți pe secundă. Este suficient de rapid pentru a descărca un film de două ore în aproximativ 17 secunde, față de aproximativ 6 minute pentru o conexiune 4G actuală. Cu alte cuvinte, nou 5G telefoanele vor fi de aproximativ 1.000 de ori mai rapide decât telefonul din buzunar.

Dar în 5G există mai mult decât telefoane: Qualcomm este convins că 5G va avea mașinile de mâine vorbind unul cu altul și vă însoțește pe toți de singuratatea lor. Pentru a face acest lucru, cipurile Qualcomm fac mai mult decât să transmită date mai rapid. Aceștia acceptă CV2X (vehicul celular-la-totul) comunicare, care oferă comunicații directe între mașini și alte obiecte inteligente din infrastructura unui oraș.

O parte puțin discutată a planurilor auto ale Qualcomm implică construirea unui sistem pentru a elimina problema de precizie de 3 până la 15 picioare a GPS. Pentru a face acest lucru, compania sa sprijinit pe portofoliul de brevete existent; combină datele de la sateliții existenți ai Sistemului global de navigație prin satelit (inclusiv GPS, Galileo al Europei, GLONASS-ul Rusiei, și mai mult) cu ceva numit VEPP, sau viziune îmbunătățită poziționare precisă. În esență, Qualcomm intenționează să folosească imagini de la camerele video existente pentru a identifica locația precisă a unei mașini.

„Costul pentru a face acest lucru nu este astronomic”, a declarat Nakul Duggal, vicepreședinte senior pentru managementul produselor pentru Qualcomm, pentru Digital Trends. „Practic, aveți nevoie de o cameră standard, așa cum aveți astăzi... orice altceva este ceva pentru care activați deja unitatea telematică.”

Dar iată problema: CV2X a fost un vis în rândul companiilor de tehnologie de ani de zile și, deși poate fi promițător, are și provocări. În primul rând, există problema găsirii lățimii de bandă: autoritățile de reglementare au rezervat o fărâmă de spectru la 5,9 GHz pentru discuții de la un vehicul la altul, dar eforturile de reglementare pentru a avansa proiectul au mers literalmente nicăieri. În calitate de Ajit Pai, președinte al Comisiei Federale de Comunicații (FCC) scris luna trecuta, „Spectrul de 5,9 GHz a rămas în pârghie de mult prea mult timp. În ultimele două decenii, poporul american a așteptat ca acest spectru de bandă medie de primă valoare să fie folosit, iar timpul de așteptare a trecut.”

Nu, americanii nu au strigat pentru asta, în ciuda fanfașului lui Pai; puțini oameni se gândesc de două ori la alocarea spectrului între mic dejun și pat. Dar mișcarea FCC de luna trecută de a moderniza banda de 5,9 GHz este o veste bună pentru C2VX. Cu toate acestea, 5G în mașini are un drum lung de parcurs.

Adăugați la asta linia temporală langouroasă pe care a funcționat 5G. Primul 5G modemurile ar putea apărea în vehicule noi în 2022, iar modelele avansate probabil nu vor ajunge până în 2025, conform Lecturii Luminoase. Iar infrastructura de pe marginea drumului pentru a comunica cu acele modemuri pentru a permite conducerea autonomă nu va fi implementată comercial până în aproximativ 2025. Între timp, sistemul StarFire al lui John Deere funcționează deja cu 5G, ne-a spus Savage, împreună cu GPS, GLONASS, QZSS, IRNN și alții din Rusia. Deci când 5G este desfășurat pe scară largă, va ajuta la completarea unui număr de lacune.

„5G va fi de mare ajutor atunci când ajunge la fermierii din zonele rurale, la latitudini mai mari – UE, Țările de Jos – cred 5G va ajuta. Orice este deluros, unde atitudinea vehiculului, rugozitatea terenului, unde nu poți vedea cu adevărat capătul de sud pentru receptivitatea sateliților, 5G va ajuta cu adevărat, de asemenea,” a spus Savage.

Merită să subliniem un punct aici: GPS III, 5G și StarFire nu sunt neapărat tehnologii concurente. Nicio companie sau tehnologie nu va domina acest spațiu și nu va face pe celelalte să fie depășite și nici nu este nevoie. Este important să rețineți că 5G va îmbunătăți sistemul Starfire al John Deere, nu îl va înlocui. GPS III va funcționa în tandem cu — nu împotriva — 5G pentru a menține mașinile autonome pe drumul cel bun. Toate sunt căi diferite care duc la aceeași destinație: o poziționare mai bună pentru toată lumea și pentru orice, indiferent de aplicație.

Pana atunci? Evitați lacurile și țineți ambele mâini pe volan. Pentru că un nou GPS este chiar pe drum, dar nu putem conduce decât atât de repede.