Картирование изменений в ионосфере с помощью смартфонов

Агрегированные измерения с миллионов смартфонов могут быть использованы для создания всеобъемлющей карты ионосферы Земли, что приведет к улучшению систем глобального позиционирования, говорится в новой работе, опубликованной в журнале Nature.

Ионосфера — это верхняя часть земной атмосферы, состоящая из свободных электронов, на которые влияют солнечные ветры и геомагнитные бури. Радиоволны от спутников к Земле распространяются с разной скоростью в зависимости от поведения электронов в разных областях ионосферы, что влияет, например, на точность работы спутников, на которых размещены системы глобального позиционирования Земли.

Отслеживание концентрации электронов в ионосфере может помочь скорректировать различия в скоростях волн, но карты, составленные с помощью наземных приемников Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС), могут иметь пробелы.

Брайан Уильямс и его коллеги использовали деидентифицированные измерения с миллионов смартфонов на базе Android для создания карты ионосферы и ее динамических условий, что вдвое превышает охват традиционных наземных приемников. Некоторые телефоны на базе Android оснащены двухчастотными GNSS-приемниками, которые могут выполнять те же измерения, что и более крупные наземные приемники.

Сравнивая карты ионосферы, создаваемые примерно 40 миллионами телефонов в день, с картами, полученными с помощью 9000 приемников ГНСС в течение двух месяцев в 2023 году, авторы обнаружили высокий уровень согласия между полученными картами.

Уильямс и его коллеги отмечают, что хотя и телефоны, и наземные приемники расположены по всему миру, большее покрытие телефонов наблюдается в Восточной Европе, Индии, Южной Азии и некоторых частях Южной Америки и Африки, что позволяет получить потенциально более точные карты ионосферы над этими местами.

Авторы признают, что явным ограничением является то, что технология в телефонах Android намного меньше и менее совершенна, чем наземные массивы GNSS, что может увеличить количество шумов при измерениях.

Тем не менее, использование смартфонов предлагает уникальное преимущество: массовый подход к сбору данных. Миллионы пользователей, которые постоянно используют свои устройства, становятся своего рода сетью, способной генерировать ценные данные о состоянии ионосферы в реальном времени. Это обеспечивает более частые обновления и повышает точность карт, что является критически важным для различных приложений — от навигации до метеорологии.

Кроме того, обработка и агрегация данных с миллионов устройств может привести к разработке более эффективных алгоритмов и моделей, способных адаптироваться к изменениям в ионосфере. Это создаст более устойчивые системы глобального позиционирования, что в свою очередь поддержит надежность современных технологий, таких как автономные транспортные средства и системы связи.

В конечном итоге, результаты данной работы подчеркивают важность инновационных подходов в науке и технологии, открывая новые горизонты для исследований и практического применения. С учетом роста числа пользователей смартфонов и доступных технологий, будущее картографирования ионосферы обещает быть более точным и разнообразным, чем когда-либо.