जीपीएस ट्रैकर्स की प्रयोगात्मक वास्तुकला परिमाण के तीन आदेशों द्वारा बिजली की खपत को कम करती है

जीपीएस का उपयोग करके निर्देशांक निर्धारित करना एक बहुत ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है। स्मार्टफ़ोन के विपरीत, जो अभी भी हर रात चार्ज किए जाते हैं, या कार नेविगेटर, स्टैंड-अलोन जीपीएस ट्रैकर्स, जो जीवविज्ञानी जानवरों के प्रवास को ट्रैक करने के लिए उपयोग करते हैं, की ऊर्जा की बहुत सख्त आवश्यकताएं हैं। अक्सर उन्हें न केवल शक्तिशाली बैटरी के साथ, बल्कि कई महीनों तक काम सुनिश्चित करने के लिए सौर पैनलों के साथ भी आपूर्ति की जाती है।

Microsoft अनुसंधान ने जियोलोकेशन की जानकारी को दो चरणों में इकट्ठा करने की प्रक्रिया को विभाजित करने का प्रस्ताव दिया - जीपीएस उपग्रहों से "कच्चे" सिग्नल को रिकॉर्ड करना और इस जानकारी के आधार पर निर्देशांक की गणना करना। इसने हमें परिमाण के तीन आदेशों द्वारा एक ट्रैक बिंदु की रिकॉर्डिंग के लिए ऊर्जा की खपत को कम करने की अनुमति दी। यह समझने के लिए कि इसे कैसे प्राप्त करना संभव था, आपको पहले यह पता लगाने की आवश्यकता है कि जीपीएस कैसे काम करता है।

जीपीएस प्रणाली में निर्देशांक का निर्धारण एक जटिल और भ्रमित योजना के अनुसार होता है। प्रत्येक जीपीएस उपग्रह अल्ट्रा-सटीक परमाणु घड़ियों से सुसज्जित है, जो समय-समय पर ग्राउंड स्टेशनों के साथ सिंक्रनाइज़ भी होते हैं। उपग्रह की कक्षा के मापदंडों को परिष्कृत करने के लिए समान स्टेशनों का भी उपयोग किया जाता है। कक्षाओं को इस तरह से चुना जाता है कि किसी भी समय पृथ्वी पर किसी भी बिंदु पर कम से कम छह उपग्रह दिखाई देते हैं। कक्षा की ऊंचाई लगभग 20,200 किलोमीटर है, क्रांति की अवधि पृथ्वी के दिन की आधी है।

प्रत्येक उपग्रह 1575.42 और 1227.60 मेगाहर्ट्ज बैंड में रेडियो सिग्नल उत्सर्जित करता है। नागरिक प्राप्तियों में, आमतौर पर पहले का उपयोग किया जाता है। सभी उपग्रह एक ही आवृत्ति पर काम करते हैं, और कोड डिवीजन मल्टीपल एक्सेस ( सीडीएमए ) का उपयोग उनके संकेतों को अलग करने के लिए किया जाता है। प्रत्येक उपग्रह का अपना विशिष्ट छद्म आयामी 1023-बिट कोड ( गोल्ड कोड ) होता है, जो प्रति सेकंड 1000 बार प्रसारित होता है। इस कोड का उपयोग उपग्रहों की पहचान करने और प्रत्येक उपग्रह से संकेतों के आगमन में देरी को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

इस सिग्नल के शीर्ष पर, केवल 50 बिट्स / एस की गति के साथ वाहक आवृत्ति के अतिरिक्त मॉड्यूलेशन की मदद से, तथाकथित नेविगेशन संदेशों को प्रसारित किया जाता है, जिसमें उपग्रह की कक्षा ("पंचांग") के सटीक निर्देशांक होते हैं, सटीक सिस्टम समय और पंचांग डेटा - सिस्टम के शेष उपग्रहों का पंचांग। यह डेटा 1,500 बिट्स के 25 टुकड़ों में विभाजित है, इसलिए एक पूर्ण नेविगेशन संदेश 12 मिनट 30 सेकंड में प्रसारित किया जाता है।

देरी के समय के आधार पर, रिसीवर उपग्रहों की सटीक दूरी (प्रकाश की गति के माध्यम से) की गणना करता है, और नेविगेशन संदेशों से उनके निर्देशांक प्राप्त करता है, जिसके बाद वह अपनी गणना कर सकता है। रिसीवर डेटा की व्याख्या और व्याख्या करना एक कठिन काम है, क्योंकि कई कारकों को ध्यान में रखना आवश्यक है, जो त्रुटियों को पेश करते हैं - उपग्रहों के प्रभाव और रिसीवर के कारण डॉपलर प्रभाव, आयनोस्फीयर के पारित होने के दौरान रेडियो की गति में परिवर्तन, आसपास की वस्तुओं से प्रतिबिंब, और अन्य।

एक नियम के रूप में, रिसीवर को पूर्ण नेविगेशन संदेश प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं होती है, अक्सर सबसे पहले आवश्यक न्यूनतम जानकारी वाला टुकड़ा पर्याप्त होता है। यदि रिसीवर को लंबे समय तक बंद कर दिया गया है, तो आपको अधिक टुकड़े लेने होंगे, और पहले बिंदु के निर्देशांक प्राप्त करने में कई मिनट लग सकते हैं ("ठंड शुरू")। निर्देशांक के निरंतर ट्रैकिंग के मोड में, रिसीवर पहले से ही प्राप्त नेविगेशन डेटा पर निर्भर करता है और लगभग तुरंत स्थिति निर्धारित करता है।

यदि डिवाइस अन्य स्रोतों से जानकारी प्राप्त करने में सक्षम है - जीएसएम या वाईफाई नेटवर्क, असिस्टेड जीपीएस ( ए-जीपीएस ) तकनीक अक्सर उपयोग की जाती है। इस मामले में, अपेक्षाकृत उच्च गति वाले नेटवर्क से प्राप्त वास्तविक पंचांग और पंचांग डेटा, साथ ही टावरों और पहुंच बिंदुओं की स्थिति के आधार पर किसी न किसी भू-स्थान डेटा से आपको बहुत अधिक तेजी से सभी आवश्यक सुधारों को ध्यान में रखने और दिशानिर्देशों की गणना करने की अनुमति मिलती है।

इसलिए, Microsoft अनुसंधान ट्रैकर पर वापस जाएं। वैज्ञानिकों द्वारा प्रस्तावित समाधान को क्लाउड-ऑफलोडेड जीपीएस (सीओ-जीपीएस) कहा जाता है। यह सरल और प्रभावी है। तैयार किए गए निर्देशांक के बजाय, जिसे प्राप्त करने के लिए आपको उपरोक्त सभी जोड़तोड़ करने की आवश्यकता है, यह अंतर्निहित फ़्लैश मेमोरी में "कच्चे" जीपीएस सिग्नल के केवल छोटे टुकड़े रिकॉर्ड करने का प्रस्ताव है, जिसे बाद में क्लाउड सर्वर पर अपलोड किया जाएगा और सभी जटिल गणनाएं वहां की जाएंगी। नेविगेशनल संदेशों के बजाय, उपग्रह कक्षाओं के सटीक निर्देश सार्वजनिक रूप से उपलब्ध GNSS डेटाबेस से प्राप्त किए जा सकते हैं।

लगभग 30 मीटर की सटीकता के साथ निर्देशांक को निर्धारित करने के लिए, आपको जीपीएस सिग्नल के केवल पांच टुकड़ों की आवश्यकता है, जिसमें 2 मिलीसेकंड की अवधि के साथ अंतराल के साथ 50 मिसे से अधिक न हो। इस तरह से दर्ज किए गए एक हजार अंक एक मेगाबाइट के बारे में लेते हैं - यह समाप्त निर्देशांक की तुलना में बहुत अधिक है, लेकिन फ्लैश मेमोरी में एक पैसा खर्च होता है।

अवधारणा और प्रयोगों का परीक्षण करने के लिए माइक्रोसॉफ्ट रिसर्च इंजीनियरों द्वारा बनाए गए एक प्रयोगात्मक ट्रैकर ने दिखाया कि यह एक 2-मिलीसेकंड टुकड़ा रिकॉर्ड करने के लिए केवल 0.407 एमजे बिजली लेता है। सटीक निर्देशांक निर्धारित करने के लिए, इनमें से केवल कुछ अंशों की आवश्यकता होती है, ताकि कुल खपत लगभग एक मिली लीटर हो, जबकि ए-जीपीएस वाला एक साधारण आधुनिक स्मार्टफोन एक जूल प्रति बिंदु खर्च करता है। यदि आप हर सेकंड को रिकॉर्ड करते हैं, तो दो एए बैटरी एक वर्ष और निरंतर संचालन के आधे समय तक चलेगी।

कच्चे डेटा को रिकॉर्ड करते समय, एक और समस्या उत्पन्न होती है - सटीक समय सिंक्रनाइज़ेशन, जो जीपीएस सिग्नल को डिकोड किए बिना असंभव है। यदि ट्रैकर की घड़ी प्रणाली के समय के साथ सिंक से बाहर है तो एक मिनट से अधिक समय तक कच्चे सिग्नल से सटीक डेटा प्राप्त करना मुश्किल है। इस समस्या को हल करने के लिए, सही समय के संकेतों का एक छोटा रिसीवर डब्ल्यूडब्ल्यूवीबी ट्रैकर में बनाया गया था - ये सिग्नल यू.एस. नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी द्वारा प्रसारित किए जाते हैं और पूरे संयुक्त राज्य में लगभग किसी भी वातावरण में प्राप्त होते हैं (ट्रांसमीटर पावर 70 किलोवाट है, समय परमाणु घड़ी द्वारा सिंक्रनाइज़ किया गया है)। स्वीकार्य सटीकता प्राप्त करने के लिए, यह डब्ल्यूडब्ल्यूवीबी संकेतों के साथ आंतरिक घड़ी को महीने में केवल कई बार सिंक्रनाइज़ करने के लिए पर्याप्त है।

इस प्रकार, सीओ-जीपीएस तकनीक आपको एक जीपीएस ट्रैकर के अधिकांश जटिल भराई से छुटकारा पाने की अनुमति देती है जो गणना करता है, इसे बड़ी फ्लैश मेमोरी और सटीक समय संकेतों के एक सरल और किफायती रिसीवर के साथ बदल देता है। ट्रैकर अधिकांश परिचालन समय को स्लीप मोड में बिताएगा, यह जीपीएस सिग्नल रिसीवर के लिए केवल 10 एमएस चालू करने के लिए अपनी बात दर्ज करने के लिए पर्याप्त है। स्वाभाविक रूप से, ऐसा रिसीवर वास्तविक समय में निर्देशांक प्राप्त करने में सक्षम नहीं होगा, जो जीवविज्ञानियों के लिए काफी उपयुक्त है जो कुछ महीनों तक प्रतीक्षा करने के लिए तैयार हैं जब तक कि ट्रैकर को जानवर से हटा नहीं दिया जाता है।

हालांकि, शहरों में ब्रॉडबैंड वायरलेस के तेजी से प्रसार को देखते हुए, सीओ-जीपीएस का उपयोग उपभोक्ता, "शहरी" उपकरणों में भी किया जा सकता है। हर कुछ सेकंड में एक बार सस्ते हाई-स्पीड नेटवर्क के माध्यम से सर्वर पर कई किलो कच्चे डेटा भेजने के लिए पर्याप्त है, एक पारंपरिक रिसीवर के मामले में निर्देशांक लगभग जितनी जल्दी हो सके।

सीओ-जीपीएस के विस्तृत विवरण के साथ यहां पीडीएफ डाउनलोड करें ।