Merjenje mikronov: Prizadevanje za izgradnjo boljšega GPS-a

GPS vas lahko vodi po mestu ali po vsej državi, tako enostavno kot po šestpasovnih avtocestah. Toda kot vsakdo, ki je po nesreči zapeljal v jezero lahko vam povem, da GPS ni popoln. Ne more vas na primer zadržati na določenem voznem pasu ali se izogibati bližnjim avtomobilom ali vas usmeriti po izvozni rampi. Zato je John Deere zgradil boljši sistem.

ja to John Deere.

Vidite, sistem GPS, ki ga večina pozna, je bil zasnovan v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in glede na to, kar je, je resnično izjemen. Omrežje 24 satelitov deluje bolj ali manj neprekinjeno 27 let? Krožite po svetu iz mrzlih koncev vesolja - neskončno gledate in vljudno podajate roko? Zastonj? čudovito Zasnovan pa je bil za zamenjavo papirnatih zemljevidov, ki redko merijo do palcev. Avtonomni avtomobili morajo vedeti ne le, da ste na avtocesti 61, ampak točno kje ste (pri 75 miljah na uro nič manj). Avtonomni droni in traktorji za kmetovanje so spodbudili podeželski preporod, imenovan precizno kmetijstvo — in za delo zahteva natančnost.

Da bi dodali to raven podrobnosti - in prenovili sistem na splošno - so si raziskovalci prizadevali zamenjati obstoječo floto satelitov z novo iteracijo, imenovano GPS III. Prejšnji teden je naredil korak naprej, ko je SpaceX končno dvignil četrti satelit v svojo zvezdno posteljo. To je dolg proces: Lockheed Martin je objavil kratka zgodovina prizadevanja za nadgradnjo sistema GPS v letu 2012 in smo še vedno šele na začetku. Celotna stvar naj bi bila dokončana leta 2023, stroški pa naj bi znašali približno 6 milijard dolarjev.

Ali lahko zasebna industrija uspe bolje? Da bi dobili notranji vpogled v to, kaj bi lahko nadomestilo GPS, smo se pogovarjali z dvema podjetjema, ki vodita in razvijata alternative.

Kako je Deere zgradil boljši GPS

Preden opozorimo na njegove pomanjkljivosti, ne pozabimo, da je GPS fantastičen sistem. Dejansko je težko razmišljati o ambicioznosti in drznosti obstoječe satelitske konstelacije. Predstavljajte si izzive za lansiranje natančne antene, ki stane nekaj sto milijonov dolarjev in je oblikovana bolj ali manj kot tovornjak za sladoled Mister Softee. Za dokončanje dejanja ga vojska udari v raketo, ki zažge 2700 funtov tekočega kisika na drugič, vrže ga v vesolje s hitrostjo 1 macha … in ga nato nežno spusti v orbito približno 13.000 milj stran. Ne pozabite, da je premer Zemlje samo 7.900 milj.

Predstavljajte si algoritme in izračune, ki so potrebni, da ostane v natančni orbiti in nikoli ne zadene drugih satelitov, nenehno oddajanje, baterije se nikoli ne izpraznijo, ure komajda ne sinhronizirajo, ko se meseci spreminjajo v leta, in dobili boste točka. To je ogromen dosežek. Vendar to ni dovolj.

GPS je v teoriji natančen do 3 čevljev, v resnici pa je bolj kot 15 čevljev ali več – dovolj dober, da vas pripelje do trgovine z živili, vendar komaj natančen. Na primer, če ste na svojem dvorišču posadili dva paradižnika iz dediščine in nekaj kumar, je vaš majhen pridelek enostavno pridelati, ne da bi vedeli, kje zalivate. Če sadite na stotine hektarjev, vas lahko drobne telemetrične napake uničijo.

»V starih časih je bilo delati ves dan in morda oče opravi in ​​pride domov k sinu ali hčerki? To je v veliki meri narejeno,« je za Digital Trends povedal Al Savage, vodja omrežja StarFire Network pri John Deere. »Kmetje si želijo več donosa. Natančnost v smislu sajenja v vrsto, škropljenja itd., tako da ne povozite svojih pridelkov.«

Po navedbah Nase (ja, to NASA), ko kmet prečka njivo in za traktorjem vleče sejalnico, plug ali drugo opremo, se ustvarjene vrste prekrivajo za približno 10 odstotkov. To pomeni, da velik del polja prejme dvojno potrebno seme, gnojilo in pesticide, delo pa traja dlje, kot je potrebno. Današnji traktorji uporabljajo digitalne sisteme za določanje položaja tako kot vaš avtomobil, vendar zahtevajo povsem drugačno raven natančnosti. Zato je John Deere s pomočjo vesoljske agencije zgradil boljši sistem.

"Oni temu pravijo diferencialni GPS," je dejal Savage. Za pridobitev podrobnih podatkov o položaju, ki jih potrebujejo sodobni kmetje, je Deere zgradil vrsto zemeljskih referenčnih lokacij po vsem svetu za zbiranje drugega niza podatkov o položaju, ogromno količino podatkov, ki jih podjetje prenaša in skladišči v dveh glavnih podatkih centrih. Te informacije se prenašajo na niz geostacionarnih satelitov, ki jih upravlja Inmarsat (John Deere ima v najemu prostor na njih), nato pa se prenašajo nazaj na sprejemniki podjetja StarFire na lokalnih traktorjih – povratna vožnja je daljša od potovanja po svetu, vendar traja približno toliko kot eno dih.

»Govorite o 12, 13.000 miljah in v nekaterih primerih o 20.000 miljah. In to se zgodi v petih sekundah, tako da si lahko predstavljate, kako hitro je in koliko podatkov teče,« je pojasnil Savage. Čas, ki je potreben, da signal od satelitov GPS potuje do Zemlje, skupaj z urami v orbiti, ki se premikajo vedno tako malo nesinhroniziran in signalni šum električno nabitih delcev v naši atmosferi povzroča obstoječi GPS podatki nenatančni. Z združevanjem satelitskih podatkov s podatki iz svojega prizemnega omrežja lahko Deere veliko natančneje triangulira lokacijo.

»Ko škropiš, želiš biti specifičen, natančen. To vam omogoča, da prihranite pri herbicidih, fungicidih, pesticidih in škropilih,« ugotavlja Savage.

Kako 5G išče pot

Če v teh dneh berete tehnološko spletno stran, ste slišali hype naokoli 5G. Hitro novo mobilno omrežje ima številne prednosti, med katerimi je najpomembnejša hitrost. Qualcomm je pokazal najvišjo hitrost prenosa okoli 4,5 gigabita na sekundo in povprečno hitrost prenosa podatkov okoli 1,4 gigabita na sekundo. To je dovolj hitro za prenos dvournega filma v približno 17 sekundah v primerjavi s približno 6 minutami za trenutno povezavo 4G. Z drugimi besedami, novo 5G telefoni bodo približno 1000-krat hitrejši od telefona, ki je trenutno v vašem žepu.

Toda 5G je več kot telefoni: Qualcomm je prepričan v to 5G bodo imeli jutrišnje avtomobile govoriti drug z drugim in vas vse spremljajo s svojo osamljenostjo. Če želite to narediti, Qualcommovi čipi ne le hitreje prenašajo podatke. Podpirajo CV2X (mobilno vozilo za vse) komunikacija, ki zagotavlja neposredno komunikacijo med avtomobili in drugimi pametnimi objekti v infrastrukturi mesta.

Malo razpravljani del Qualcommovih avtomobilskih načrtov vključuje gradnjo sistema za odpravo težave GPS-a z natančnostjo od 3 do 15 čevljev. Pri tem se je podjetje oprlo na svoj obstoječi patentni portfelj; združuje podatke iz obstoječih satelitov globalnega navigacijskega satelitskega sistema (vključno z GPS, evropski Galileo, ruski GLONASS, in več) z nečim, kar se imenuje VEPP, ali natančno pozicioniranje z izboljšanim vidom. V bistvu Qualcomm načrtuje uporabo posnetkov iz obstoječih video kamer za določitev natančne lokacije avtomobila.

"Stroški, ki bi jih morali opraviti, niso astronomski," je za Digital Trends povedal Nakul Duggal, višji podpredsednik produktnega upravljanja pri Qualcommu. "V bistvu potrebujete standardno kamero, kot jo imate danes... vse ostalo je nekaj, za kar že omogočate telematsko enoto."

Toda tukaj je stvar: CV2X je že leta sanje med tehnološkimi podjetji in čeprav morda obeta, prinaša tudi izzive. Prvič, tu je vprašanje iskanja pasovne širine: regulatorji so rezervirali košček spektra na 5,9 GHz za klepetanje med vozili, vendar so regulativna prizadevanja za napredek projekta dobesedno propadla nikjer. Kot Ajit Pai, predsednik Zvezne komisije za komunikacije (FCC) napisal prejšnji mesec, »Spekter 5,9 GHz je predolgo ležal v prahi. Zadnji dve desetletji so Američani čakali na uporabo tega prvovrstnega srednjepasovnega spektra in čas čakanja je mimo.«

Ne, Američani tega niso zahtevali, kljub Paijevemu hlastanju; malo ljudi dvakrat premisli o razporeditvi spektra med zajtrkom in spanjem. Toda poteza FCC prejšnji mesec za posodobitev pasu 5,9 GHz je dobra novica za C2VX. Kljub temu je do 5G v avtomobilih še dolga pot.

K temu dodajte dolgotrajno časovnico, na kateri deluje 5G. Prvi 5G modemi bi se lahko pojavili v novih vozilih leta 2022, napredni modeli pa verjetno ne bodo prispeli do leta 2025, glede na Light Reading. In obcestna infrastruktura za komunikacijo s temi modemi za omogočanje samovožnje naj bi bila komercialno uvedena šele leta 2025. Medtem John Deerejev sistem StarFire že deluje 5G, nam je povedal Savage, skupaj z GPS, ruskim GLONASS, QZSS, IRNN in drugimi. Torej, kdaj 5G široko razporejen, bo pomagal zapolniti številne vrzeli.

»Mislim, da bo 5G resnično koristen, ko bo prišel do kmetov na podeželju, v višjih zemljepisnih širinah – EU, Nizozemska – 5G bo pomagal. Vse, kar je hribovito, kjer položaj vozila, hrapavost terena, kjer zares ne vidite južnega konca zaradi satelitske sprejemljivosti, 5G bo res pomagalo,« je dejal Savage.

Tu je vredno poudariti eno točko: GPS III, 5G in StarFire niso nujno konkurenčne tehnologije. Nobeno posamezno podjetje ali tehnologija ne bo prevladovalo v tem prostoru in naredilo druge zastarele, niti ji ni treba. Pomembno je omeniti, da 5G bo izboljšal John Deerejev sistem Starfire, ne pa ga nadomestil. GPS III bo deloval skupaj z – ne proti – 5G ohraniti avtonomne avtomobile na dobri poti. Vse so različne poti, ki vodijo do istega cilja: boljše pozicioniranje za vsakogar in vse, ne glede na aplikacijo.

Do takrat? Izognite se jezerom in držite obe roki na volanu. Ker je nov GPS tik ob cesti — a tja se lahko peljemo le tako hitro.