211service.com
Hypernauwkeurige positionering wordt wereldwijd uitgerold
Upgrades naar satellieten in een baan om de aarde en systemen beneden zullen de massa nauwkeurigheid op centimeterniveau brengen.
Selman Ontwerp
24 februari 2021
Waarom het uitmaakt:GPS heeft al veel industrieën getransformeerd en hele nieuwe mogelijk gemaakt, zoals het delen van ritten. Een meer nauwkeurige vorm ervan zal nog meer toepassingen opleveren.
Hoofdrolspelers:• China National Space Administration
• Amerikaanse luchtmacht
• ColdQuanta
Beschikbaarheid:nutsvoorzieningen
Een enorme aardverschuiving - de ergste in decennia - trof het huis van Du Fangming in de Zuid-Chinese provincie Hunan op 6 juli. Mijn huis stortte in. Mijn geiten werden weggevaagd door de modder, vertelde hij kort na de ramp aan Chinese media. Gelukkig was hij echter veilig - een van de 33 dorpelingen die waren geëvacueerd dankzij vroegtijdige waarschuwingen die mogelijk waren gemaakt door geavanceerde positioneringstechnologieën die nauwkeurigere metingen kunnen leveren dan ooit tevoren.
Aangedreven door China's onlangs voltooide wereldwijde navigatiesatellietsysteem, BeiDou (de Grote Beer), en zijn grondstations, kunnen positiesensoren subtiele veranderingen in het landoppervlak detecteren in gebieden die gevoelig zijn voor aardverschuivingen in heel China. Bewegingen over een afstand van enkele meters kunnen in realtime worden waargenomen, terwijl de nauwkeurigheid van de nabewerking tot op de millimeter kan oplopen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2021
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Dat betekent dat vanaf meer dan 21.000 kilometer hoogte een verschuiving in het vuil ter grootte van de punt van een scherp potlood te zien is. Twaalf dagen voor de aardverschuiving ontving het dorp van Du een oranje waarschuwing met daarin gegevensafwijkingen, die erop wezen dat het oppervlak na dagen van hevige regen sneller wegglijdt.
Twaalf dagen voor de aardverschuiving ontving het dorp van Du een oranje waarschuwing met daarin gegevensafwijkingen, die erop wezen dat het oppervlak na dagen van hevige regen sneller wegglijdt.
Du's dorp is een van de meer dan 100 locaties in Hunan die zijn uitgerust met dergelijke systemen voor rampenmonitoring en vroegtijdige waarschuwing. Deze dienst zou niet mogelijk zijn geweest als de op satellieten gebaseerde positioneringsnauwkeurigheid nog steeds op meter- of decimeterniveau was geweest, zegt Yuan Hong van de Onderzoeksinstituut voor ruimtevaartinformatie aan de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking, waar hij tientallen jaren aan BeiDou werkte.
Meer dan ooit vertrouwen we op technologieën die onze locatie of de positie van een object kunnen bepalen. Precisielandbouw, dronebezorging, logistiek, ride-hailing en vliegreizen zijn allemaal afhankelijk van zeer nauwkeurige positiedetectie vanuit de ruimte. Nu verhoogt een reeks implementaties en upgrades de nauwkeurigheid van 's werelds krachtigste wereldwijde satellietpositioneringssystemen van enkele meters tot enkele centimeters.
Dat kan betekenen dat uw telefoon niet alleen weet in welke straat u loopt of fietst, maar ook aan welke kant van de straat u zich bevindt. Op een dag zou dat soort resolutie het mogelijk kunnen maken voor zelfrijdende auto's of bezorgrobots om veilig door straten en trottoirs te navigeren.
GPS wordt steeds beter
Naarmate de technologie verbetert, neemt ook de nauwkeurigheid van GPS toe, hier weergegeven door een statistisch gemiddelde van de signaal-in-ruimtefout gemeten op een enkele frequentie over de GPS-constellatie.
NASANieuwe en verbeterde satellieten
Het Global Positioning System (GPS) , een van 's werelds eerste dergelijke satellietsystemen, heeft de manier veranderd waarop miljarden mensen zich verplaatsen. Sinds 1993 cirkelen minstens 24 GPS-satellieten om de aarde en zenden ze constant hun posities uit. Elke GPS-ontvanger kan binnen enkele seconden zijn huidige verblijfplaats vinden door signalen van ten minste drie satellieten in de constellatie te trianguleren.
Zodra de signalen door een ontvanger zijn verwerkt, is GPS over het algemeen nauwkeurig tot op vijf tot tien meter. Nu zit het systeem midden in een jarenlange upgrade naar GPS III, die de nauwkeurigheid zou moeten verbeteren tot één tot drie meter (zie grafiek). In november 2020 waren vier van de 10 GPS III-satellieten gelanceerd, en de rest zal naar verwachting in 2023 in een baan om de aarde worden gebracht. resultaat.
En in juni 2020 was China klaar met het inzetten van zijn BeiDou-satellietconstellatie als GPS-alternatief. BeiDou is in twintig jaar tijd uitgegroeid van een regionaal naar een wereldwijd netwerk en heeft nu 44 satellieten in drie verschillende banen. Het biedt plaatsbepalingsdiensten aan iedereen ter wereld met een gemiddelde nauwkeurigheid van 1,5 tot twee meter. Omdat de service historisch gericht is op China en Azië, kunnen de regionale gebruikers van BeiDou vaak betere locatie-informatie krijgen, met een nauwkeurigheid van bijna een meter.
Nauwkeurigheid op de grond vergroten
Zelfs met deze vooruitgang stuiten positioneringssignalen op interferentie en andere omstandigheden waardoor ze mis kunnen gaan. Het corrigeren van deze fouten vereist een andere laag technologie.
Zowel BeiDou als GPS zijn sterk afhankelijk van grondgebaseerde augmentatie om de positioneringsnauwkeurigheid tot op centimeterniveau te vergroten. Een populaire benadering is real-time kinematic (RTK) positionering, waarbij een basisontvanger en een rover-ontvanger, kilometers uit elkaar geplaatst, worden gebruikt om satellietsignalen te ontvangen en de fouten te berekenen die worden veroorzaakt door de ionosfeer van de aarde. Met deze techniek kan een nauwkeurigheid van minder dan drie centimeter worden bereikt.
Een vergelijkbare maar nieuwere technologie is nauwkeurige puntpositionering (PPP). Het vereist slechts één ontvanger en werkt overal op het aardoppervlak, waardoor gebruikers decimeter- tot centimeter-nauwkeurigheid krijgen.
In China is RTK-augmentatie relatief volwassen en zijn er in het hele land duizenden basisstations gebouwd. jaar vanaf nu.
Voorbij satellietpositionering
Naarmate de nauwkeurigheid van satellietpositionering verbetert, zullen we ongetwijfeld nog meer manieren vinden om het te gebruiken. Maar uiteindelijk zullen traditionele satellietsystemen een nauwkeurigheidslimiet bereiken, waarschijnlijk rond de millimeter. Dus onderzoekers onderzoeken nieuwe positioneringstechnologieën die ons voorbij die limiet zouden kunnen brengen, of tenminste onze afhankelijkheid van satellieten verminderen .
Eén benadering gebruikt de kwantumeigenschappen van materie om te lokaliseren en te navigeren zonder externe referenties. Wanneer atomen worden afgekoeld tot net boven het absolute nulpunt, bereiken ze een kwantumtoestand die bijzonder gevoelig is voor krachten van buitenaf. Dus als we de beginpositie van een object kennen en de veranderingen in de atomen kunnen meten (met behulp van een laserstraal), kunnen we de bewegingen van het object berekenen en zijn realtime locatie vinden.
Kwantumpositionering zou met name handig zijn in situaties waar satellietsystemen zoals GPS of BeiDou niet beschikbaar zijn, zoals in de verre ruimte of onder water, of als back-upnavigatietechnologie voor zelfrijdende auto's. EEN zeer vroege versie van een kwantumpositioneringssysteem, ontwikkeld door KoudeQuanta in Boulder, Colorado, is nu actief op het internationale ruimtestation.
Onze voorouders keken naar sterren en kompassen om erachter te komen waar ze waren; tegenwoordig gebruiken we atoomklokken op satellieten in een baan om hetzelfde te doen. Nieuwe positioneringstechnologieën hebben de manier waarop we landbouw bedrijven, goederen vervoeren en onze wereld navigeren al veranderd, en de nieuwste verbeteringen zullen die wereld nog scherper in beeld brengen. Naarmate de positioneringstechnologie tot op het millimeterniveau en verder evolueert, zullen de grenzen van het gebruik ervan meer worden bepaald door onze creativiteit en de wettelijke of ethische grenzen die we stellen dan door de prestaties van de technologie zelf.
2021