Мы все знакомы с атмосферой Земли, и часть ее, ионосфера, представляет собой слой слабоионизованной плазмы. Оно простирается от 50 до 1500 км над планетой. Это рассеянный слой, но достаточный, чтобы создавать помехи для систем спутниковой связи и навигации. Группа исследователей выдвинула интригующую идею использовать миллионы мобильных телефонов для составления карты ионосферы, полагаясь на их GPS-антенны.
Ионосфера — это слой атмосферы Земли, где излучение ионизирует атомы и молекулы. Приходящая солнечная радиация является основной причиной, которая заряжает газы энергией, заставляя их терять электроны и становиться электрически заряженными. В результате этого процесса создается область заряженных частиц или ионов, известная как плазма. Ионосфера является ключевой частью радиосвязи, поскольку ее ионизированные частицы отражают и преломляют радиоволны обратно на Землю, что облегчает связь на большие расстояния. Его плотность и, что удивительно, возможно, его состав меняются по мере того, как солнечная активность возрастает и убывает.
В статье, недавно опубликованной в журнале Nature, группа исследователей из Google использовала данные с более чем 40 миллионов мобильных телефонов для составления карты условий в ионосфере. Концепция использования краудсорсинговых сигналов является интригующей, и исследование поможет улучшить спутниковую навигацию и наше понимание верхних областей нашей атмосферы. У нас до сих пор нет полного понимания свойств ионосферы в таких регионах, как Африка и Южная Америка, поэтому это исследование заполнит значительные пробелы.
Ионосфера может замедлять радиосигналы, которые доходят до Земли от спутников, в частности от GPS и других навигационных спутников. Когда дело доходит до этих навигационных сигналов, они в значительной степени зависят от синхронизации сигнала и точности до наносекунд. Это дает системам возможность определять местоположение с невероятной точностью, однако наличие точной модели ионосферы является ключом к успеху.
Используя данные наземных станций, инженеры могут создавать карты плотности ионосферы в реальном времени. Для этого данные принимаются на двух разных частотах с одного и того же спутника и рассчитываются по времени их прибытия. В зависимости от плотности ионосферы низкочастотные волны замедляются сильнее, чем высокочастотные сигналы. Если не принять это во внимание, GPS и навигационные системы могут выйти из строя на 5 и более метров.
Прием нескольких частот доступен большинству мобильных телефонов, и именно их использование было в центре внимания исследования. Однако в данных, получаемых мобильными телефонами, присутствует некоторый шум, но команда Google обнаружила, что объединение сигналов большого количества телефонов снижает шум.
В настоящее время исследование работает только с телефонами Android. Любой, кто разрешил делиться данными своих датчиков, смог внести свой вклад в исследование. Данные уже выявили плазму в ионосфере над Южной Америкой, которую раньше не видели.
Источник: Картирование ионосферы с помощью миллионов телефонов.
