- Telefoongebaseerde kaarten presteren wereldwijd beter dan het traditionele ionosferische model van Klobuchar
- Onderbediende regio’s zoals Afrika profiteren van verbeterde ionosfeergegevens
- Geomagnetische stormen worden met hoge precisie gevolgd met behulp van smartphonenetwerken
Het in kaart brengen van de ionosfeer is van cruciaal belang voor het verbeteren van de nauwkeurigheid van navigatiesystemen, maar bestaande methoden worden geconfronteerd met aanzienlijke beperkingen. Hoewel GNSS-stations op de grond gedetailleerde kaarten van de ionosferische totale elektroneninhoud (TEC) bieden, is hun dekking ongelijkmatig, waardoor er grote gaten ontstaan in gebieden met weinig dekking.
Nu, onderzoekers van Googlen Onderzoek, Mountain View, CA, VS, heeft een innovatieve oplossing gedemonstreerd waarbij gebruik wordt gemaakt van miljoenen Android-smartphones als een gedistribueerd netwerk van sensoren in een studie gepubliceerd in Natuur.
Ondanks dat ze minder nauwkeurig zijn dan traditionele instrumenten, verdubbelen deze apparaten effectief de meetdekking, bieden ze nauwkeurige ionosfeergegevens en pakken ze al lang bestaande infrastructuurverschillen aan.
De invloed van de ionosfeer op de navigatie
De ionosfeer, een laag geïoniseerd plasma die zich uitstrekt van 50 tot 1.500 km boven de aarde, heeft een aanzienlijke invloed op de signalen van het Global Navigation Satellite System (GNSS) door positioneringsfouten te introduceren. Traditionele GNSS-stations op de grond zijn weliswaar nauwkeurig, maar hebben echter te kampen met een beperkte ruimtelijke dekking, waardoor achtergestelde regio’s kwetsbaar zijn voor onnauwkeurigheden.
Het onderzoek van Google Research maakt gebruik van de miljarden smartphones die zijn uitgerust met GNSS-ontvangers met dubbele frequentie om dekkingstekorten aan te pakken. In tegenstelling tot conventionele GNSS-stations zijn smartphones mobiel, wijd verspreid en in staat grote hoeveelheden gegevens vast te leggen.
Door metingen van miljoenen apparaten samen te voegen en te middelen, bereikten onderzoekers een nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met die van speciale meetstations, en konden ze zelfs fenomenen als zonnestormen en plasmadichtheidsstructuren oplossen.
De GNSS API van Android vergemakkelijkte het verzamelen van satellietsignaalgegevens, zoals reistijden en frequenties, die vervolgens werden gebruikt om de ionosferische totale elektroneninhoud (TEC) te schatten.
Uit het onderzoek bleek dat, hoewel individuele telefoonmetingen luidruchtiger zijn dan die van meetstations, hun collectieve gegevens robuuste en betrouwbare resultaten opleverden.
Uit vergelijkingen bleek dat het op telefoons gebaseerde TEC-model beter presteerde dan bestaande methoden zoals het Klobuchar-model, dat veel wordt gebruikt in mobiele telefoons.
Met behulp van gegevens van Android-telefoons verdubbelden de onderzoekers de meetdekking van de ionosfeer in vergelijking met traditionele methoden, en konden ze plasmabellen boven India en Zuid-Amerika en de door stormen versterkte dichtheid boven Noord-Amerika in kaart brengen tijdens een geomagnetische storm in mei 2024.
Ze observeerden ook dalen op de middelste breedtegraad boven Europa en equatoriale anomalieën – een fenomeen dat voorheen ontoegankelijk was vanwege de schaarse dekking van stations.
Met name regio’s als India, Zuid-Amerika en Afrika, die vaak niet worden bediend door traditionele monitoringnetwerken, hebben aanzienlijk geprofiteerd van deze aanpak, die realtime TEC-kaarten met hoge resolutie opleverde.
