การวัดไมครอน: ภารกิจเพื่อสร้าง GPS ที่ดีขึ้น

GPS สามารถนำทางคุณไปทั่วเมืองหรือทั่วประเทศ นำทางไปตามถนนด้านหลังที่เต็มไปด้วยฝุ่นได้อย่างง่ายดายเหมือนกับทางด่วนหกเลน แต่ในฐานะใครก็ตามที่เป็น ถูกขับไปในทะเลสาบโดยไม่ได้ตั้งใจ บอกคุณได้เลยว่า GPS ไม่สมบูรณ์แบบ มันไม่สามารถทำให้คุณอยู่ในเลนใดเลนหนึ่งได้ เช่น หลบรถใกล้เคียง หรือบังคับทิศทางคุณลงทางลาดทางออก นั่นคือเหตุผลที่ John Deere สร้างระบบที่ดีขึ้น

ใช่, ที่ จอห์น เดียร์.

คุณเห็นไหมว่าระบบ GPS ที่คนส่วนใหญ่รู้จักนั้นได้รับการออกแบบในปี 1970 และสำหรับสิ่งที่เป็นอยู่นี้ มันน่าทึ่งจริงๆ เครือข่ายดาวเทียม 24 ดวง ดำเนินงานมากหรือน้อยอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 27 ปี? หมุนวนโลกจากห้วงอวกาศอันเยือกเย็น - เฝ้าดูอย่างไม่สิ้นสุดและยื่นมืออย่างสุภาพ? ฟรี? มหัศจรรย์. แต่ได้รับการออกแบบมาเพื่อแทนที่แผนที่กระดาษซึ่งวัดขนาดได้น้อยมาก รถยนต์ไร้คนขับจำเป็นต้องรู้ไม่ใช่แค่ว่าคุณอยู่บนทางหลวงหมายเลข 61 เท่านั้น แต่ยังต้องรู้ด้วย อย่างแน่นอน คุณอยู่ที่ไหน (ที่ 75 ไมล์ต่อชั่วโมงไม่น้อย) โดรนและรถแทรกเตอร์อัตโนมัติสำหรับการทำฟาร์มได้เติมพลังให้กับยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาในชนบทที่เรียกว่า เกษตรกรรมที่แม่นยำ — และในการทำงานก็ต้องการ ความแม่นยำ

เพื่อเพิ่มรายละเอียดในระดับนั้น และยกเครื่องระบบโดยทั่วไป นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อแทนที่กองดาวเทียมที่มีอยู่ด้วยการวนซ้ำใหม่ที่เรียกว่า จีพีเอส III. เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว SpaceX ได้นำดาวเทียมดวงที่สี่ขึ้นสู่เตียงที่เต็มไปด้วยดวงดาวในที่สุดเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว มันเป็นกระบวนการที่ยาวนาน: Lockheed Martin ตีพิมพ์ ประวัติโดยย่อ ของความพยายามที่จะอัพเกรดระบบ GPS ในปี 2555 และเรายังเพิ่งเริ่มต้นอีกด้วย สิ่งทั้งหมดคาดว่าจะแล้วเสร็จในปี 2566 ด้วยต้นทุนเกือบ 6 พันล้านดอลลาร์

อุตสาหกรรมเอกชนสามารถทำได้ดีกว่านี้หรือไม่? เพื่อเจาะลึกถึงสิ่งที่อาจเข้ามาแทนที่ GPS เราได้พูดคุยกับบริษัทสองแห่งที่เป็นผู้นำและพัฒนาทางเลือกอื่น

Deere สร้าง GPS ที่ดีขึ้นได้อย่างไร

ก่อนที่จะชี้ให้เห็นข้อบกพร่อง โปรดจำไว้ว่า GPS เป็นระบบที่ยอดเยี่ยม แท้จริงแล้ว เป็นการยากที่จะคาดคะเนความทะเยอทะยานและความกล้าของกลุ่มดาวดาวเทียมที่มีอยู่ ลองจินตนาการถึงความท้าทายเบื้องหลังการเปิดตัวเสาอากาศที่มีความแม่นยำสูงซึ่งมีราคาไม่กี่ร้อยล้านดอลลาร์ และมีรูปร่างเหมือนรถบรรทุกไอศกรีม Mister Softee ไม่มากก็น้อย เพื่อให้การกระทำเสร็จสิ้น ทหารตบมันลงบนจรวดที่เผาผลาญออกซิเจนเหลว 2,700 ปอนด์ต่อครั้ง ประการที่สอง เหวี่ยงมันขึ้นสู่อวกาศด้วยความเร็ว 1 มัค … จากนั้นค่อย ๆ ปล่อยให้มันเป็นอิสระสู่วงโคจรประมาณ 13,000 ไมล์ ห่างออกไป. โปรดจำไว้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโลกนั้นอยู่ที่ 7,900 ไมล์เท่านั้น

ทีนี้ ลองนึกภาพอัลกอริธึมและการคำนวณที่จำเป็น เพื่อให้มันอยู่ในวงโคจรที่แม่นยำ โดยไม่ชนดาวเทียมดวงอื่น ส่งสัญญาณอย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่ไม่เคยขาด นาฬิกาแทบจะไม่ไม่ซิงค์กันเมื่อเดือนเปลี่ยนเป็นปี และคุณจะได้รับ จุด มันเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ แต่ก็ยังไม่เพียงพอ

ตามทฤษฎีแล้ว GPS นั้นแม่นยำในระยะ 3 ฟุต แต่ในความเป็นจริงแล้ว GPS นั้นแม่นยำกว่านั้นประมาณ 15 ฟุต ซึ่งดีพอที่จะพาคุณไปร้านขายของชำได้ แต่แทบจะไม่แม่นยำเลย ตัวอย่างเช่น หากคุณปลูกมะเขือเทศมรดกสืบทอด 2 ลูกและแตงกวาในสวนหลังบ้าน เป็นเรื่องง่ายที่จะปลูกพืชผลเล็กๆ น้อยๆ โดยไม่ต้องรู้สึกว่ากำลังรดน้ำที่ไหน หากคุณกำลังปลูกพื้นที่หลายร้อยเอเคอร์ ข้อผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ ของการวัดและส่งข้อมูลทางไกลอาจทำลายคุณได้

“วันเก่า ๆ ของการทำงานทั้งวันและบางทีพ่ออาจจะเสร็จและกลับบ้านไปหาลูกชายหรือลูกสาว? เสร็จสิ้นไปมากแล้ว” Al Savage ผู้จัดการเครือข่าย StarFire ของ John Deere กล่าวกับ Digital Trends “สิ่งที่เกษตรกรต้องการคือผลผลิตที่มากขึ้น ความแม่นยำในแง่ของการปลูกแถว การฉีดพ่น ฯลฯ ดังนั้นคุณจะไม่ต้องวิ่งทับพืชผลของคุณ”

ตามที่องค์การนาซ่า (ใช่, ที่ NASA) เมื่อเกษตรกรสลับสับเปลี่ยนทุ่งเพื่อดึงเครื่องหยอดเมล็ด ไถ หรืออุปกรณ์อื่นๆ ไว้ด้านหลังรถแทรกเตอร์ แถวที่ถูกสร้างขึ้นจะทับซ้อนกันประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่าพื้นที่ส่วนสำคัญของพื้นที่ได้รับเมล็ดพันธุ์ ปุ๋ย และยาฆ่าแมลงที่จำเป็นเป็นสองเท่า และงานใช้เวลานานเกินความจำเป็น รถแทรกเตอร์ในปัจจุบันใช้ระบบกำหนดตำแหน่งแบบดิจิทัลเหมือนกับรถของคุณ แต่ต้องการความแม่นยำในระดับที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ด้วยความช่วยเหลือจากหน่วยงานอวกาศ จอห์น เดียร์จึงสร้างระบบที่ดีขึ้น

“Differential GPS คือสิ่งที่พวกเขาเรียกมัน” Savage กล่าว เพื่อให้ได้ข้อมูลตำแหน่งแบบละเอียดที่เกษตรกรยุคใหม่ต้องการ Deere ได้สร้างชุดไซต์อ้างอิงภาคพื้นดินทั่วโลก เพื่อรวบรวมข้อมูลตำแหน่งชุดที่สอง ซึ่งเป็นข้อมูลจำนวนมหาศาลที่บริษัทส่งและจัดเก็บในข้อมูลหลักสองข้อมูล ศูนย์ ข้อมูลดังกล่าวจะถูกส่งไปยังดาวเทียมชุดหนึ่งที่ดำเนินการโดย Inmarsat (จอห์น เดียร์ เช่าพื้นที่บนดาวเทียมเหล่านั้น) จากนั้นจึงส่งกลับลงมาที่ เครื่องรับ StarFire ของบริษัทบนรถแทรกเตอร์ท้องถิ่น – การเดินทางไปกลับที่ยาวกว่าการครอบคลุมโลก แต่ใช้เวลานานเท่ากับการเดินทางครั้งเดียว ลมหายใจ.

“คุณกำลังพูดถึงระยะทาง 12,13,000 ไมล์ และในบางกรณี 20,000 ไมล์ และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นภายในห้าวินาที คุณจึงจินตนาการได้ว่ามันรวดเร็วแค่ไหนและมีข้อมูลไหลออกมามากแค่ไหน” Savage อธิบาย เวลาที่ต้องใช้สัญญาณเดินทางมายังโลกจากดาวเทียม GPS รวมกับนาฬิกาในวงโคจรล่องลอย การซิงค์และสัญญาณรบกวนจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศของเราไม่ตรงกันเล็กน้อย ทำให้เกิด GPS ที่มีอยู่ ข้อมูลไม่แม่นยำ ด้วยการเชื่อมโยงข้อมูลดาวเทียมเข้ากับข้อมูลจากเครือข่ายภาคพื้นดิน Deere จึงสามารถระบุตำแหน่งได้แม่นยำยิ่งขึ้น

“เมื่อคุณฉีด คุณต้องเจาะจงและแม่นยำ ซึ่งช่วยให้คุณประหยัดยากำจัดวัชพืช ยาฆ่าเชื้อรา ยาฆ่าแมลง และสเปรย์” Savage กล่าว

5G กำลังค้นหาเส้นทางอย่างไร

หากคุณอ่านเว็บไซต์เทคโนโลยีในปัจจุบัน คุณคงเคยได้ยินเรื่องที่เกินจริงมาแล้ว 5จี. เครือข่ายเซลลูล่าร์ใหม่ที่รวดเร็วมีคุณประโยชน์มากมาย สิ่งสำคัญที่สุดคือความเร็ว Qualcomm ได้แสดงให้เห็นถึงความเร็วในการดาวน์โหลดสูงสุดประมาณ 4.5 กิกะบิตต่อวินาที และความเร็วในการส่งข้อมูลเฉลี่ยประมาณ 1.4 กิกะบิตต่อวินาที ซึ่งเร็วพอที่จะดาวน์โหลดภาพยนตร์ความยาวสองชั่วโมงได้ในเวลาประมาณ 17 วินาที เทียบกับประมาณ 6 นาทีสำหรับการเชื่อมต่อ 4G ในปัจจุบัน กล่าวอีกนัยหนึ่งใหม่ 5จี โทรศัพท์จะเร็วกว่าโทรศัพท์ที่อยู่ในกระเป๋าของคุณประมาณ 1,000 เท่า

แต่มี 5G มากกว่าโทรศัพท์: Qualcomm เชื่อมั่นเช่นนั้น 5จี จะมีรถของวันพรุ่งนี้ พูดคุยกัน และคอยดูแลพวกคุณทุกคนอย่างโดดเดี่ยว ในการทำเช่นนั้น ชิปของ Qualcomm ทำได้มากกว่าเพียงแค่บีมข้อมูลให้เร็วขึ้น รองรับ CV2X (ยานพาหนะเซลลูล่าร์สู่ทุกสิ่ง) การสื่อสาร ซึ่งให้การสื่อสารโดยตรงระหว่างรถยนต์และวัตถุอัจฉริยะอื่นๆ ในโครงสร้างพื้นฐานของเมือง

ส่วนที่กล่าวถึงเล็กน้อยในแผนงานด้านยานยนต์ของ Qualcomm คือการสร้างระบบเพื่อขจัดปัญหาความแม่นยำ 3 ถึง 15 ฟุตของ GPS ในการทำเช่นนี้ บริษัทอาศัยพอร์ตโฟลิโอสิทธิบัตรที่มีอยู่ โดยจะรวมข้อมูลจากดาวเทียมระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลกที่มีอยู่ (รวมถึง GPS, กาลิเลโอของยุโรป, GLONASS ของรัสเซียและอีกมากมาย) กับสิ่งที่เรียกว่า วีอีพีพีหรือวิสัยทัศน์ที่ปรับปรุงตำแหน่งที่แม่นยำ โดยพื้นฐานแล้ว Qualcomm วางแผนที่จะใช้ภาพจากกล้องวิดีโอที่มีอยู่เพื่อระบุตำแหน่งที่แม่นยำของรถยนต์

“ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการนี้ไม่ใช่เรื่องใหญ่นัก” Nakul Duggal รองประธานอาวุโสฝ่ายการจัดการผลิตภัณฑ์ของ Qualcomm กล่าวกับ Digital Trends “โดยพื้นฐานแล้ว คุณจะต้องมีกล้องมาตรฐานเหมือนที่คุณมีทุกวันนี้… ทุกอย่างเป็นสิ่งที่คุณเปิดใช้งานหน่วยเทเลเมติกส์อยู่แล้ว”

แต่ประเด็นสำคัญคือ CV2X เป็นความฝันในหมู่บริษัทเทคโนโลยีมาหลายปีแล้ว และถึงแม้จะให้คำมั่นสัญญา แต่ก็มีความท้าทายเช่นกัน ประการหนึ่ง มีปัญหาในการค้นหาแบนด์วิธ: หน่วยงานกำกับดูแลได้สงวนคลื่นความถี่ไว้บางส่วนที่ 5.9GHz สำหรับการพูดคุยระหว่างยานพาหนะ แต่ความพยายามด้านกฎระเบียบในการขับเคลื่อนโครงการไปข้างหน้าได้ดำเนินไปอย่างแท้จริง ไม่มีที่ไหนเลย ดังที่ อาจิต ปาย ประธานคณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสาร (FCC) เขียนเมื่อเดือนที่แล้ว“คลื่นความถี่ 5.9 GHz ปล่อยคลื่นทิ้งไว้นานเกินไป ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ชาวอเมริกันต่างรอคอยคลื่นความถี่ระดับไพร์มมิดแบนด์นี้เพื่อนำมาใช้ และเวลาที่รอคอยก็สิ้นสุดลง”

ไม่ คนอเมริกันไม่ได้ส่งเสียงโห่ร้องในเรื่องนี้ แม้ว่าปายจะโวยวายก็ตาม มีคนเพียงไม่กี่คนที่คิดสองครั้งเกี่ยวกับการจัดสรรคลื่นความถี่ระหว่างอาหารเช้าและเตียง แต่การเคลื่อนไหวของ FCC เมื่อเดือนที่แล้วเพื่อปรับปรุงย่านความถี่ 5.9GHz ให้ทันสมัยถือเป็นข่าวดีสำหรับ C2VX อย่างไรก็ตาม 5G ในรถยนต์ยังอีกยาวไกล

นอกจากนี้ไทม์ไลน์ 5G ที่อิดโรยยังใช้งานอยู่ ครั้งแรก 5จี โมเด็มอาจปรากฏในยานพาหนะใหม่ในปี 2565 และรุ่นขั้นสูงอาจจะไม่มาถึงจนถึงปี 2568 ตามการอ่านแสง. และโครงสร้างพื้นฐานริมถนนเพื่อสื่อสารกับโมเด็มเหล่านั้นเพื่อให้สามารถขับขี่อัตโนมัติได้นั้นยังไม่ถึงกำหนดใช้งานเชิงพาณิชย์จนกว่าจะถึงปี 2025 ในขณะเดียวกัน ระบบ StarFire ของ John Deere ก็ใช้งานได้แล้ว 5จี, Savage บอกเรา พร้อมด้วย GPS, GLONASS ของรัสเซีย, QZSS, IRNN และอื่นๆ ดังนั้นเมื่อ 5จี มีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางก็จะช่วยเติมเต็มช่องว่างจำนวนหนึ่ง

“5G จะมีประโยชน์จริงๆ เมื่อเข้าถึงเกษตรกรในพื้นที่ชนบท ในละติจูดที่สูงกว่า – สหภาพยุโรป และเนเธอร์แลนด์ – ฉันคิดว่า 5จี จะช่วย. อะไรก็ตามที่เป็นเนิน ทัศนคติของรถ ความขรุขระของภูมิประเทศ ที่คุณไม่สามารถมองเห็นทิศใต้เพื่อรับสัญญาณดาวเทียมได้ 5จี จะช่วยได้จริงๆ เช่นกัน” ซาเวจกล่าว

คุ้มค่าที่จะเน้นจุดหนึ่งที่นี่: GPS III, 5G และ StarFire ไม่จำเป็นต้องเป็นเทคโนโลยีที่แข่งขันกัน ไม่มีบริษัทหรือเทคโนโลยีใดที่จะครองพื้นที่นี้และทำให้บริษัทอื่นๆ ล้าสมัย และไม่จำเป็นต้องทำเช่นนั้น สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่า 5จี จะปรับปรุงระบบ Starfire ของ John Deere ไม่ใช่แทนที่ GPS III จะทำงานควบคู่กับ — ไม่ต่อต้าน — 5จี เพื่อให้รถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติสามารถขับเคลื่อนได้ ล้วนเป็นเส้นทางที่แตกต่างกันซึ่งนำไปสู่จุดหมายปลายทางเดียวกัน: มีการวางตำแหน่งที่ดีขึ้นสำหรับทุกคนและทุกสิ่ง ไม่ว่าจะใช้งานในรูปแบบใดก็ตาม

จนกระทั่ง? หลบทะเลสาบและเอามือทั้งสองข้างไว้บนพวงมาลัย เนื่องจาก GPS ใหม่เพิ่งใช้งานได้ — แต่เราสามารถขับรถไปที่นั่นได้เร็วมากเท่านั้น