Meranie mikrónov: Úloha vybudovať lepší GPS

GPS vás môže viesť naprieč mestom alebo krajinou a navigovať po prašných cestách rovnako ľahko ako šesťprúdové superdiaľnice. Ale ako každý, kto je náhodne vošiel do jazera Môžem vám povedať, že GPS nie je dokonalé. Nemôže vás napríklad udržať v konkrétnom jazdnom pruhu, vyhnúť sa blízkym autám ani vás zviesť na výstupnú rampu. To je dôvod, prečo John Deere vybudoval lepší systém.

Áno, že John Deere.

Vidíte, systém GPS, ktorý väčšina ľudí pozná, bol navrhnutý v sedemdesiatych rokoch minulého storočia a na to, čím je, je skutočne pozoruhodný. Sieť 24 satelitov funguje viac-menej nepretržite 27 rokov? Krúžiť okolo zemegule z mrazivých končín vesmíru — donekonečna sa pozerať a zdvorilo podávať ruku? Zadarmo? úžasné. Bol však navrhnutý tak, aby nahradil papierové mapy, ktoré sa zriedka merajú na palec. Autonómne autá musia vedieť nielen to, že ste na diaľnici 61, ale aj presne tak kde ste (pri rýchlosti 75 míľ za hodinu nie menej). Autonómne drony a traktory pre poľnohospodárstvo podnietili renesanciu vidieka tzv

presné poľnohospodárstvo — a na prácu to vyžaduje presnosť.

Aby sme pridali túto úroveň detailov – a celkovo prepracovali systém – výskumníci pracovali na nahradení existujúcej flotily satelitov novou iteráciou tzv. GPS III. Minulý týždeň to urobilo krok vpred, keď SpaceX konečne zdvihol štvrtý satelit do svojho hviezdneho lôžka. Je to dlhý proces: publikoval Lockheed Martin stručná história úsilia o inováciu systému GPS v roku 2012 a stále len začíname. Celá vec má byť dokončená v roku 2023 s nákladmi blížiacimi sa k 6 miliardám dolárov.

Môže to súkromný priemysel urobiť lepšie? Aby sme sa dozvedeli, čo by mohlo nahradiť GPS, porozprávali sme sa s dvoma spoločnosťami, ktoré vedú a vyvíjajú alternatívy.

Ako Deere vytvoril lepšie GPS

Skôr než poukážeme na jeho nedostatky, majme na pamäti, že GPS je fantastický systém. V skutočnosti je ťažké zabaliť si hlavu do ambícií a odvahy existujúcej satelitnej konštelácie. Predstavte si výzvy, ktoré stoja za spustením presnej antény, ktorá stojí niekoľko stoviek miliónov dolárov a má tvar viac-menej ako zmrzlinové auto Mister Softee. Aby sa tento skutok dokončil, armáda ho nahodila na raketu, ktorá spáli 2 700 libier tekutého kyslíka za po druhé, vrhnúť ho do vesmíru rýchlosťou 1 Mach... a potom ho jemne uvoľniť na obežnú dráhu asi 13 000 míľ preč. Pamätajte, že priemer samotnej Zeme je len 7 900 míľ.

Teraz si predstavte algoritmy a výpočty potrebné na to, aby ste ho udržali na presnej obežnej dráhe a nikdy nezasiahli ostatné satelity, neustále vysielanie, batérie nikdy nezlyhajú, hodiny sa takmer nesynchronizujú, keď sa mesiace menia na roky, a dostanete bod. Je to obrovský úspech. Napriek tomu to nestačí.

GPS je teoreticky presné s presnosťou 3 stôp, ale v skutočnosti je to viac ako 15 stôp alebo tak – dosť dobré na to, aby ste sa dostali do obchodu s potravinami, ale sotva presné. Napríklad, ak ste na záhrade zasadili dve dedičné paradajky a niekoľko uhoriek, je ľahké dopestovať si malú úrodu bez toho, aby ste vedeli, kde polievate. Ak vysádzate stovky akrov, drobné chyby telemetrie vás môžu zničiť.

„Staré časy, keď sme celý deň pracovali a otec možno skončil a dostane sa domov k synovi alebo dcére? To je takmer hotové,“ povedal pre Digital Trends Al Savage, manažér siete StarFire v spoločnosti John Deere. „Poľnohospodári chcú väčší výnos. Presnosť, pokiaľ ide o výsadbu riadkov, postrek atď., aby ste neprebehli svoje plodiny."

Podľa NASA (Áno, že NASA), keď farmár prechádza krížom cez pole a ťahá za traktorom sejačku, pluh alebo iné vybavenie, vytvorené riadky sa prekrývajú asi o 10 percent. To znamená, že významná časť poľa dostane dvojnásobok potrebného osiva, hnojív a pesticídov a práca trvá dlhšie, ako je potrebné. Dnešné traktory používajú digitálne polohovacie systémy rovnako ako vaše auto, ale vyžadujú úplne inú úroveň presnosti. Takže s pomocou vesmírnej agentúry John Deere vybudoval lepší systém.

"Diferenciálne GPS je to, čo tomu hovoria," povedal Savage. Na získanie podrobných údajov o polohe, ktoré moderní farmári potrebujú, spoločnosť Deere vybudovala sériu pozemných referenčných lokalít po celom svete. na zber druhého súboru údajov o polohe, obrovského množstva údajov, ktoré spoločnosť prenáša a ukladá v dvoch hlavných údajoch stredísk. Tieto informácie sa prenesú do súboru geostacionárnych satelitov prevádzkovaných spoločnosťou Inmarsat (John Deere si na nich prenajíma priestor) a potom sa prenesú späť do prijímače StarFire spoločnosti na miestnych traktoroch – spiatočná cesta, ktorá je dlhšia ako cesta okolo zemegule, ale trvá približne rovnako dlho ako jedna dych.

„Hovoríte o 12, 13 000 míľach a v niektorých prípadoch o 20 000 míľach. A to sa stane za päť sekúnd, takže si viete predstaviť, aké je to rýchle a koľko dát prúdi,“ vysvetlil Savage. Čas, ktorý potrebuje signál na cestu na Zem zo satelitov GPS, v kombinácii s pohybom hodín na obežnej dráhe stále mierne nesynchronizované a signálny šum z elektricky nabitých častíc v našej atmosfére spôsobuje, že existujúci systém GPS údaje nepresné. Spojením satelitných údajov s údajmi z pozemnej siete je Deere schopný triangulovať polohu oveľa presnejšie.

„Keď striekate, chcete byť konkrétni, presní. To vám umožní ušetriť na herbicídoch, fungicídoch, pesticídoch a postrekoch,“ poznamenáva Savage.

Ako 5G hľadá cestu

Ak v súčasnosti čítate technologickú stránku, počuli ste o tom humbuk 5G. Nová rýchla mobilná sieť má množstvo výhod, z ktorých najdôležitejšia je rýchlosť. Qualcomm preukázal maximálnu rýchlosť sťahovania okolo 4,5 gigabitov za sekundu a priemernú rýchlosť prenosu dát okolo 1,4 gigabitov za sekundu. To je dosť rýchle na stiahnutie dvojhodinového filmu za približne 17 sekúnd v porovnaní s približne 6 minútami pri súčasnom 4G pripojení. Inými slovami, nové 5G telefóny budú asi 1 000-krát rýchlejšie ako telefón, ktorý máte momentálne vo vrecku.

Ale v 5G je viac ako len telefóny: ​​Qualcomm je o tom presvedčený 5G budú mať zajtra autá rozprávanie sa medzi sebou a sprevádzať vás všetkých ich osamelosťou. Čipy Qualcomm preto dokážu viac než len rýchlejšie prenášať dáta. Podporujú CV2X (mobilné vozidlo ku všetkému) komunikácia, ktorá zabezpečuje priamu komunikáciu medzi autami a inými inteligentnými objektmi v mestskej infraštruktúre.

Málo diskutovaná časť automobilových plánov spoločnosti Qualcomm zahŕňa vybudovanie systému na odstránenie problému s presnosťou GPS 3 až 15 stôp. Za týmto účelom sa spoločnosť oprela o svoje existujúce patentové portfólio; zlučuje údaje z existujúcich satelitov globálneho navigačného satelitného systému (vrátane GPS, Európsky Galileo, ruský GLONASS, a ďalšie) s niečím tzv VEPPalebo presné určovanie polohy so zlepšeným zrakom. Qualcomm v podstate plánuje použiť snímky z existujúcich videokamier na určenie presnej polohy auta.

„Náklady na to nie sú astronomické,“ povedal pre Digital Trends Nakul Duggal, senior viceprezident produktového manažmentu spoločnosti Qualcomm. "V podstate potrebujete štandardnú kameru, akú máte dnes... všetko ostatné je niečo, na čo už povoľujete telematickú jednotku."

Ale ide o to: CV2X je snom medzi technologickými spoločnosťami už roky, a hoci môže byť prísľubom, obsahuje aj výzvy. Po prvé, je tu problém nájsť šírku pásma: Regulačné orgány si vyhradili kúsok spektra na 5,9 GHz pre hovory medzi vozidlami, ale regulačné snahy posunúť projekt vpred išli doslova nikde. Ako Ajit Pai, predseda Federálnej komunikačnej komisie (FCC) napísal minulý mesiac„Spektrum 5,9 GHz ležalo príliš dlho ladom. Posledné dve desaťročia čakali Američania na použitie tohto primárneho stredopásmového spektra a čas čakania sa skončil.“

Nie, Američania po tom nežiadali, napriek Paiovmu rozhorčeniu; len málo ľudí si dvakrát rozmyslí rozdelenie spektra medzi raňajkami a spaním. Ale krok FCC z minulého mesiaca na modernizáciu 5,9 GHz pásma je dobrou správou pre C2VX. Napriek tomu má 5G v autách pred sebou ešte dlhú cestu.

Pridajte k tomu mdlú časovú os 5G, na ktorej funguje. Prvý 5G modemy by sa mohli objaviť v nových vozidlách v roku 2022 a pokročilé modely pravdepodobne prídu až v roku 2025, podľa Light Reading. A cestná infraštruktúra na komunikáciu s týmito modemami na umožnenie autonómneho riadenia je naplánovaná na komerčné nasadenie až okolo roku 2025. Medzitým systém StarFire od John Deere už funguje 5G, Savage nám povedal spolu s GPS, ruskými GLONASS, QZSS, IRNN a ďalšími. Takže keď 5G je široko nasadený, pomôže vyplniť množstvo medzier.

„5G bude skutočne užitočné, keď sa dostane k farmárom vo vidieckych oblastiach, vo vyšších zemepisných šírkach – EÚ, Holandsko – myslím si 5G pomôže. Čokoľvek, čo je kopcovité, kde je poloha vozidla, drsnosť terénu, kde skutočne nevidíte južný koniec pre príjem satelitov, 5G naozaj pomôže, “povedal Savage.

Tu stojí za to zdôrazniť jeden bod: GPS III, 5G a StarFire nie sú nevyhnutne konkurenčné technológie. Žiadna jediná spoločnosť alebo technológia nebude dominovať tomuto priestoru a spôsobí, že ostatné budú zastarané, a ani to nebude potrebné. Je dôležité poznamenať 5G vylepší systém Starfire John Deere, nie ho nahradí. GPS III bude fungovať v tandeme s – nie proti – 5G udržať autonómne autá na trati. Všetky sú to rôzne cesty, ktoré vedú k rovnakému cieľu: Lepšie umiestnenie pre každého a všetko, bez ohľadu na aplikáciu.

Dovtedy? Vyhnite sa jazerám a držte obe ruky na volante. Pretože nové GPS je práve na ceste – ale jazdiť tam môžeme len tak rýchlo.