Вимірювання мікрон: На шляху до створення кращого GPS

GPS може провести вас по місту або по всій країні, орієнтуючись на запилених дорогах так само легко, як і на шестисмугових супермагістралях. Але, як може сказати кожен, хто випадково заїхав в озеро, GPS не ідеальний. Наприклад, він не може утримувати вас на певній смузі, або ухилятися від сусідніх автомобілів, або направляти вас вниз по з’їзду. Ось чому John Deere створив кращу систему.

• Як компанія Deere створила кращий GPS
• Як 5G знаходить шлях

Так, той самий John Deere.

Бачите, система GPS, про яку знає більшість людей, була розроблена в 1970-х роках, і вона справді чудова. Мережа з 24 супутників, що працює більш-менш безперервно протягом 27 років? Кружляючи навколо земної кулі з холодних просторів космосу – нескінченно спостерігаючи і ввічливо простягаючи руку допомоги? Безкоштовно? Чудово. Але це було розроблено, щоб замінити паперові карти, які рідко вимірюються до дюйма. Автономні автомобілі повинні знати не просто, що ви знаходитесь на шосе 61, але й точно, де ви знаходитесь (зі швидкістю 75 миль на годину, не менше). Автономні дрони і трактори для сільського господарства сприяли відродженню сільського господарства, яке називається точним землеробством – а для того, щоб воно працювало, потрібна точність.

Щоб додати цей рівень деталізації – і модернізувати систему в цілому – дослідники працюють над заміною існуючого парку супутників новою ітерацією, яка називається GPS III. Минулого тижня було зроблено крок вперед, коли SpaceX нарешті запустила четвертий супутник на свою зоряну орбіту. Це довгий процес: Lockheed Martin опублікувала коротку історію зусиль з модернізації системи GPS в 2012 році, і ми все ще тільки починаємо. Передбачається, що все це буде завершено в 2023 році, а вартість робіт наближається до 6 мільярдів доларів.

Чи може приватний сектор зробити це краще? Щоб отримати уявлення про те, що може замінити GPS, ми поговорили з двома компаніями, які є лідерами і розробляють альтернативи.

Як компанія Deere створила кращий GPS

Перш ніж вказувати на її недоліки, давайте пам’ятати, що GPS – це фантастична система. Дійсно, важко уявити собі амбіції та зухвалість існуючого супутникового сузір’я. Уявіть собі, які виклики стоять за запуском високоточної антени, яка коштує кілька сотень мільйонів доларів і за формою нагадує вантажівку з морозивом “Містер Софті”. Щоб завершити справу, військові встановлюють її на ракету, яка спалює 2700 фунтів рідкого кисню в секунду, викидаючи її в космос зі швидкістю 1 Маха … а потім м’яко відпускає її на орбіту на відстані близько 13 000 миль від Землі. Пам’ятайте, що діаметр самої Землі становить лише 7 900 миль.

А тепер уявіть собі алгоритми і розрахунки, необхідні для того, щоб утримувати його на точній орбіті, ніколи не стикаючись з іншими супутниками, постійно здійснюючи передачу даних, безвідмовно працюючи батареї, годинник ледь-ледь збивається з синхронізації, коли місяці перетворюються на роки, і ви зрозумієте, про що я говорю. Це величезне досягнення. Але цього недостатньо.

Теоретично GPS має точність до 3 футів, але в реальності це більше схоже на 15 футів або близько того – досить добре, щоб доставити вас до продуктового магазину, але навряд чи точно. Наприклад, якщо ви посадили на своєму подвір’ї два фамільні помідори і кілька огірків, то легко виростити свій крихітний урожай, не маючи жодного уявлення про те, де ви поливаєте. Якщо ж ви засаджуєте сотні акрів, крихітні помилки телеметрії можуть вас знищити.

“Старі добрі часи, коли батько працював цілий день, а потім повертався додому до сина чи доньки? З цим майже покінчено”, – розповів Digital Trends Ел Севідж, менеджер StarFire Network в компанії John Deere. “Фермери хочуть більшої врожайності. Точність з точки зору рядкової посадки, обприскування і т.д., щоб ви не переїжджали свої посіви”.

За даними НАСА (так, саме НАСА), коли фермер перетинає поле, тягнучи за трактором сівалку, плуг або інше обладнання, ряди, які створюються, перекриваються приблизно на 10 відсотків. Це означає, що значна частина поля отримує вдвічі більше необхідного насіння, добрив та пестицидів, а робота займає більше часу, ніж потрібно. Сучасні трактори використовують цифрові системи позиціонування так само, як і ваш автомобіль, але вимагають зовсім іншого рівня точності. Тож за допомогою космічного агентства John Deere створив кращу систему.

“Диференціальний GPS – ось як вони її називають”, – сказав Севідж. Щоб отримати точні дані позиціонування, необхідні сучасним фермерам, компанія “Дір” побудувала серію наземних опорних пунктів по всьому світу для збору другого набору даних позиціонування, величезної кількості даних, які компанія передає і зберігає в двох основних центрах обробки даних. Ця інформація передається на набір геостаціонарних супутників, якими керує Inmarsat (John Deere орендує місце на них), а потім передається назад до приймачів StarFire компанії на місцевих тракторах – шлях в обидва кінці довший, ніж облетіти земну кулю, але займає приблизно стільки ж часу, скільки і один вдих.

“Ви говорите про 12, 13,000 миль, а в деяких випадках і 20,000 миль. І це відбувається за п’ять секунд, тож ви можете собі уявити, наскільки це швидко і як багато даних протікає”, – пояснив пан Севедж. Час, необхідний для того, щоб сигнал від супутників GPS дійшов до Землі, в поєднанні з годинником на орбіті, який постійно дрейфує, і сигнальним шумом від електрично заряджених частинок в нашій атмосфері, робить існуючі дані GPS неточними. Об’єднуючи супутникові дані з даними наземної мережі, компанія Deere може набагато точніше тріангуляцію місцезнаходження.

“Коли ви обприскуєте, ви хочете бути конкретними, точними. Це дозволяє економити на гербіцидах, фунгіцидах, пестицидах і розпилювачах”, – зазначає Севідж.

Як 5G знаходить шлях

Якщо ви читаєте технологічні сайти сьогодні, ви вже чули галас навколо 5G. Нова швидка стільникова мережа має цілу низку переваг, головною з яких є швидкість. Компанія Qualcomm продемонструвала пікову швидкість завантаження близько 4,5 гігабіт на секунду і середню швидкість передачі даних близько 1,4 гігабіт на секунду. Це досить швидко, щоб завантажити двогодинний фільм приблизно за 17 секунд, у порівнянні з 6 хвилинами для поточного з’єднання 4G. Іншими словами, нові телефони 5G будуть приблизно в 1000 разів швидшими, ніж телефон, який зараз лежить у вашій кишені.

Але 5G – це не тільки телефони: Qualcomm переконана, що завдяки 5G автомобілі завтрашнього дня будуть розмовляти один з одним і супроводжувати всіх вас, не залишаючи вас на самоті. Для цього чіпи Qualcomm роблять більше, ніж просто швидше передають дані. Вони підтримують зв’язок CV2X (cellular vehicle-to-everything), який забезпечує прямий зв’язок між автомобілями та іншими “розумними” об’єктами в інфраструктурі міста.

Мало обговорюваною частиною автомобільних планів Qualcomm є створення системи для усунення проблеми точності GPS від 3 до 15 футів. Для цього компанія спирається на свій існуючий патентний портфель, який об’єднує дані з існуючих супутників Глобальної навігаційної супутникової системи (включаючи GPS, європейську Galileo, російську ГЛОНАСС та інші) з чимось, що називається VEPP, або точним позиціонуванням, покращеним зоровим сприйняттям. По суті, Qualcomm планує використовувати зображення з існуючих відеокамер для визначення точного місцезнаходження автомобіля.

“Витрати на це не є астрономічними”, – сказав Накул Даггал, старший віце-президент з управління продуктами Qualcomm, в інтерв’ю Digital Trends. “В основному вам потрібна стандартна камера, як у вас є сьогодні … все інше – це те, що ви вже дозволяєте телематичному підрозділу”.

Але ось в чому справа: CV2X була мрією серед технологічних компаній протягом багатьох років, і хоча вона може бути багатообіцяючою, вона також несе в собі певні проблеми. З одного боку, існує проблема пошуку пропускної здатності: Регуляторні органи зарезервували частину спектру на частоті 5,9 ГГц для обміну даними між транспортними засобами, але зусилля регуляторних органів з просування проекту вперед зайшли буквально в нікуди. Як написав минулого місяця Аджит Пай, голова Федеральної комісії з питань зв’язку (FCC), “спектр 5,9 ГГц занадто довго не використовувався. Протягом останніх двох десятиліть американський народ чекав, що цей найкращий спектр середнього діапазону буде задіяний, і час очікування закінчився”.

Ні, американці не вимагали цього, незважаючи на заяви Пая; мало хто замислюється про розподіл спектру між сніданком і сном. Але крок FCC минулого місяця щодо модернізації діапазону 5,9 ГГц є гарною новиною для C2VX. Тим не менш, 5G в автомобілях має пройти довгий шлях.

Додайте до цього мляві часові рамки, в яких працює 5G. Перші модеми 5G можуть з’явитися в нових автомобілях у 2022 році, а вдосконалені моделі, ймовірно, не з’являться до 2025 року, згідно з даними Light Reading. А придорожня інфраструктура для зв’язку з цими модемами для забезпечення автономного водіння не повинна бути комерційно розгорнута до 2025 року. Тим часом, система StarFire компанії John Deere вже працює з 5G, повідомив Севідж, разом з GPS, російськими системами ГЛОНАСС, QZSS, IRNN та іншими. Отже, коли 5G буде широко розгорнуто, це допоможе заповнити ряд прогалин.

“5G буде дуже корисним, коли він дійде до фермерів у сільській місцевості, у високих широтах – ЄС, Нідерланди – я думаю, що 5G допоможе. Все, що горбисте, де ставлення транспортного засобу, нерівності місцевості, де ви не можете бачити південний кінець для супутникового прийому, 5G також дійсно допоможе”, – сказав Севідж.

Тут варто підкреслити один момент: GPS III, 5G і StarFire не обов’язково є конкуруючими технологіями. Жодна компанія чи технологія не збирається домінувати у цьому просторі і робити інші застарілими, та й не повинна цього робити. Важливо зазначити, що 5G покращить систему Starfire компанії John Deere, а не замінить її. GPS III буде працювати в тандемі з 5G, а не проти нього, щоб тримати автономні автомобілі на правильному шляху.

Source: digitaltrends.com