211service.com
Hyperexakt positionering rullas ut över hela världen
Uppgraderingar av satelliter i omloppsbana och system nedanför kommer att ge massorna noggrannhet på centimeternivå.
Selman Design
24 februari 2021
Varför det är viktigt:GPS har redan förändrat många branscher och möjliggjort helt nya, som samåkning. En mer exakt form av det kommer att skapa ännu fler applikationer.
Nyckelspelare:• Kinas nationella rymdförvaltning
• US Air Force
• ColdQuanta
Tillgänglighet:Nu
Ett massivt jordskred – det värsta på decennier – drabbade Du Fangmings hem i södra Kinas Hunan-provins den 6 juli. Mitt hus kollapsade. Mina getter sopades bort av leran, sa han till kinesiska medier kort efter katastrofen. Men lyckligtvis var han säker – en av 33 bybor som hade evakuerats tack vare tidiga varningar som möjliggjordes av avancerad positioneringsteknik som kan ge mer exakta avläsningar än någonsin tidigare.
Drivs av Kinas nyligen färdigställda globala satellitnavigeringssystem, BeiDou (The Big Dipper), och dess markbaserade stationer, positionssensorer kan upptäcka subtila förändringar i landets yta i jordskredutsatta regioner över hela Kina. Rörelser över några meter kan upptäckas i realtid, medan efterbearbetningsnoggrannheten kan nå millimeternivån.
Den här historien var en del av vårt marsnummer 2021
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Det betyder att en förskjutning i smutsen ungefär lika stor som spetsen på en vass penna kan ses från mer än 21 000 kilometer ovanför. Tolv dagar före jordskredet fick Du’s by en orange varning med hänvisning till dataavvikelser, som pekade på accelererande ytglidning efter dagar av kraftigt regn.
Tolv dagar före jordskredet fick Du’s by en orange varning med hänvisning till dataavvikelser, som pekade på accelererande ytglidning efter dagar av kraftigt regn.
Du’s village är bland de mer än 100 platser i Hunan som är utrustade med sådana katastrofövervaknings- och tidig varningssystem. Den här tjänsten skulle inte ha varit möjlig om satellitbaserad positioneringsnoggrannhet fortfarande hade varit på meter- eller decimeternivå, säger Yuan Hong från Forskningsinstitut för flyginformation vid den kinesiska vetenskapsakademin i Peking, där han arbetade i decennier på BeiDou.
Mer än någonsin förlitar vi oss på teknik som kan bestämma vår plats eller lokalisera ett objekts position. Precisionsjordbruk, drönarleverans, logistik, skjuts och flygresor är alla beroende av mycket exakt positionsdetektering från rymden. Nu ökar en rad implementeringar och uppgraderingar noggrannheten hos världens mest kraftfulla globala satellitpositioneringssystem från flera meter till några centimeter.
Det kan innebära att din telefon inte bara vet vilken gata du går eller cyklar ner för, utan även vilken sida av gatan du befinner dig på. En dag skulle den typen av upplösning kunna göra det möjligt för självkörande bilar eller leveransrobotar att säkert navigera på gator och trottoarer.
GPS blir hela tiden bättre
När tekniken förbättras, blir noggrannheten för GPS, representerad här av ett statistiskt medelvärde av signal-i-rymden-felet uppmätt på en enda frekvens över GPS-konstellationen.
NASANya och förbättrade satelliter
Global Positioning System (GPS) , ett av världens första sådana satellitsystem, har förändrat hur miljarder människor rör sig. Sedan 1993 har minst 24 GPS-satelliter kretsat runt jorden och ständigt sänt sina positioner. Alla GPS-mottagare kan hitta sin aktuella vistelseort inom några sekunder genom att triangulera signaler från minst tre satelliter i konstellationen.
När signalerna väl bearbetats av en mottagare är GPS i allmänhet exakt inom fem till 10 meter. Nu är systemet mitt uppe i en år lång uppgradering till GPS III, vilket bör förbättra dess noggrannhet till en till tre meter (se diagram). I november 2020 hade fyra av de 10 GPS III-satelliterna skjutits upp, och resten förväntas vara i omloppsbana senast 2023. Även om konsumenterna inte kommer att märka det direkt, bör noggrannheten hos deras navigationssystem och appar för smarttelefonspårning förbättras som en resultat.
Och i juni 2020 slutade Kina att distribuera sin BeiDou-satellitkonstellation som ett GPS-alternativ. BeiDou har utökats över två decennier från ett regionalt till ett globalt nätverk och har nu 44 satelliter som verkar i tre distinkta omloppsbanor. Den tillhandahåller positioneringstjänster till alla i världen med en genomsnittlig noggrannhet på 1,5 till två meter. Eftersom tjänsten har ett historiskt fokus på Kina och Asien kan dock BeiDous regionala användare ofta få bättre platsinformation, nära en meter i precision.
Ökar noggrannheten på marken
Även med dessa framsteg stöter positioneringssignaler på störningar och andra förhållanden som kan få dem att gå snett. Att korrigera dessa fel kräver ytterligare ett lager av teknik.
Både BeiDou och GPS förlitar sig starkt på markbaserad förstärkning för att öka positioneringsnoggrannheten till centimeternivån. Ett populärt tillvägagångssätt är kinematisk positionering i realtid (RTK), som använder en basmottagare och en rovermottagare, placerade kilometer från varandra, för att ta emot satellitsignaler och beräkna felen som orsakas av jordens jonosfär. Denna teknik kan uppnå en noggrannhet på mindre än tre centimeter.
En liknande men nyare teknik är exakt punktpositionering (PPP). Den kräver bara en mottagare och fungerar var som helst på jordens yta, vilket ger användarna noggrannhet på decimeter- till centimeternivå.
I Kina är RTK-förstärkning relativt mogen, och tusentals basstationer har byggts över hela landet, säger Yuan: Vi utvecklar nu en teknik som kallas PPP-RTK för att kombinera deras styrkor, och [kommer] förhoppningsvis att använda den till några få år från nu.
Bortom satellitpositionering
När noggrannheten för satellitpositionering förbättras kommer vi utan tvekan att hitta ännu fler sätt att använda den. Så småningom kommer dock traditionella satellitsystem att nå en noggrannhetsgräns - förmodligen runt millimeternivån. Så forskare utforskar ny positioneringsteknik som kan ta oss bortom den gränsen eller åtminstone minska vårt beroende av satelliter .
Ett tillvägagångssätt använder materiens kvantegenskaper för att lokalisera och navigera utan externa referenser. När atomer kyls ner till strax över absolut noll når de ett kvanttillstånd som är särskilt känsligt för yttre krafter. Således, om vi känner till ett objekts initiala position och kan mäta förändringarna i atomerna (med hjälp av en laserstråle), kan vi beräkna objektets rörelser och hitta dess läge i realtid.
Kvantpositionering skulle vara särskilt användbar i situationer där satellitsystem som GPS eller BeiDou inte är tillgängliga, till exempel i rymden eller under vattnet, eller som backup-navigeringsteknik för självkörande bilar. A mycket tidig version av ett kvantpositioneringssystem, utvecklat av ColdQuanta i Boulder, Colorado, är nu verksam på den internationella rymdstationen.
Våra förfäder tittade på stjärnor och kompasser för att ta reda på var de var; idag använder vi atomklockor på satelliter i omloppsbana för att göra detsamma. Ny positioneringsteknik har redan förändrat hur vi jordbruk, transporterar varor och navigerar i vår värld, och de senaste förbättringarna kommer att få den världen i ännu skarpare fokus. När positioneringstekniken avancerar till millimeternivå och längre, kommer gränserna för dess användning att definieras mer av vår kreativitet och de juridiska eller etiska gränser vi sätter än av själva teknikens prestanda.
2021