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Forum: Offtopic DGPS; Wie funktioniert das genau?


Autor: Lorenz Koe (cumi)
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Hallo Zusammen

Ich befasse mich momentan ziemlich intensiv mit der Navigation von
Robotern. Natürlich bin ich da auf das GPS gestossen. Und weil das viel
zu ungenau für viele Anwendungen auf das DGPS.
Zudem vermute ich, dass dieses Thema viele andere auch interessiert.

Nun ich finde beim surfen dazu vieles wie:
Beim DGPS werde von einer fixen Bodenstation, dessen Position genau
bekannt ist irgendwie Korrekturdaten generiert und über eine
Datenleitung (realtime) an den mobilen DGPS-Empfänger geschickt,
welcher diese Informationen dann irgendwie zu einer viel genaueren
Position verwurstet. (ist natürlich einbisschen übertrieben)

Nun, mich interessiert es genauer, viel genauer. :)

Meine Ausgangsposition: Ich habe eine fixe Bodenstation, dessen
Position ich kenne und ich habe eine mobile Station, dessen Position
ich bestimmen möchte. Bei beiden befindet sich ein GPS-Empfänger. Zudem
kann ich bei beiden Station rechnen (an der Bodenstation mit einem PC,
bei der Mobilen nur mit einem uC). Zudem verfügen diese über eine
halbduplex (Funk-)Datenverbindung mit ausreichend grosser Bandbreite
(noch unbekannt).

Mehr als das oben geschriebene habe ich nicht gelesen. Alles was jetzt
kommt sind Gedanken von mir.
GPS wird ja durch verschiedenste Faktoren beeinflusst, gestört, oder
wie auch immer. Dies sind, so denke ich mir, vor allem unregelmässige
Ausbreitungen in der Atmosphäre und Reflexionen an Gegenstände an der
Erdoberfläche. Dies führt natürlich zu Verzerrungen der
Signallaufzeiten, was wiederum das Messresultat verfälscht. Zudem kann
ein GPS Empfänger Zeiten natürlich nicht sehr genau messen. Dieser
Fehler wird jedoch durch dass, dass möglichst viele Satelliten
verwendet werden vom GPS-Empfänger korrigiert.
Es wird nun für DGPS angenommen, dass die Bodenstation und und die
mobile Station den gleichen“Verhältnissen“ ausgesetzt sind, demzufolge
den gleichen Fehler messen (oder nicht). Daher sollten sie sich
möglichst nahe beieinander befinden. Das ist bei mir sicherlich kein
Problem (100m oder so).
Ich könnte mir vorstellen, das eine simple Art, ich nehmen einmal an,
dass es verschiedenste Arten gibt, etwa so funktioniert:
Die fixe Bodenstation, dessen genaue Position A bekannt ist, misst mit
einem bei ihr positionierten GPS-Empfänger ihre Position B. Sie
berechnet dann ihre Abweichung, also den Vektor AB.
Die mobile Station misst über den GPS-Empfänger ihre Position C. Zu
dieser addiert sie den Vektor AB und erhält ihre korrigierte Position
D, welche nun viel genauer stimmen sollte.

Stimmt diese einfache Vorstellung in etwa oder liege ich total daneben?
Oder gibt es einfach noch ausgeklügeltere Systeme?

Man könnte natürlich auch bei der fixen Bodenstation für jeden
einzelnen Satelliten den Siganllaufzeiffehler ermitteln und diesen an
die moblie Station übertragen und dessen Signale korrigieren. Doch dazu
müsste man schon viel enger in das Innenleben eine GPS-Empfängers
eingreifen können.

Wer hat schon sowas konstruiert? Kennt einer gute Links zu diesem
Thema?

Vielen Dank für eure Hilfe!
Grüße cumi

Autor: Sebastian (Gast)
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Die Korrektur wie du sie dir gedacht hast passt schon. Wird auch in der
Industrie so angewendtet. Den Vektor AB musst du aber glaub ich von C
abziehen, sonst verdoppelst du deinen Messfehler. Aber ich denk du
weisst schon wie du's machen musst.
Die Ungenauigkeiten beim GPS kommen allerdings nicht (oder fast nicht)
von Reflexionen oder so, sondern daher, dass die Amis das Signal
gezielt mit einem bestimmten Code verzerren. Das ganze GPS-system ist
ja eigentlich fürs Militär gedacht. Wär ja schön blöd wenn der Gegner
seine eigenen Raketen mit dem amerikanischen GPS steuern kann.
Die Amis behalten sich übrigens auch vor das GPS für den Zivilen
gebrauch wieder ganz abzuschalten.
In ein Paar Jahren wird es allerdings auch "Gallileo" geben. Das ist
dann von den Europäern und bietet auch für Zivilisten eine deutlich
größere Genauigkeit.

Ich würd allerdings an meiner Recherche zweifeln, wenn ich noch nicht
auf die gezielte verzerrung gestoßen wär. Aber vielleicht hab ich das
auch nur falsch gelesen.

Sebastian

Autor: Lorenz Koe (cumi)
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@Sebastian: Vielen für deine Antwort. Auf Gallileo plange isch schon
lange. Das mit dem Vektor ist richtig. Man muss den Vektor BA addieren
oder eben der inverse Vektor AB subtrahieren.

Zur Verzerrung. Das ist sicherlich auch teils gewollt, durch die USA,
doch ich denke schon auch physikalisch begründet, oder?

cumi

Autor: Heinz (Gast)
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Hallo!

@lorenz koe: Da du dich wie du sagst, ziemlich intensiv mit dem Thema
beschäftigst, denke ich,du kannst mir weiterhelfen.

Möchte mich auch näher damit beschäftigen
Hast du gute bzw. detaillierte Unterlagen bezüglich der Funktionsweise/
Technik hinter GPS und ähnlichen Systemen?

Gibts es da E-Books oder Tutorials?!

Danke schonmal im Voraus, wär super, wenn du was für mcih hättest ;-)

Mfg

Autor: Lorenz Koe (cumi)
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@Heinz: Wirklich etwas allumfassendes habe ich nicht gefunden. Vor allem
würde mich die Berechnung oder wenigstens Teile davon intressieren.
Vorallem, da ich nun mit der speziellen Relativitätstheorie einwenig
vertraut bin. In der allgemeinen jedoch praktisch nur qualitativ, noch
nicht quantitativ, das ist mathematisch doch einwenig kompliziert :)
Doch ohne sie würde das GPS ja nicht, oder nur sehr ungenau
funktionieren, soviel habe ich schon herausgefunden. Die armen Uhren
dort oben ticken ja schneller wie unsere :)
Der beste Link, welchen ich bis jetzt gefunden habe ist dieser:
http://www.kowoma.de/gps/
Sonst alles was unter google kommt...

Grüsse Lorenz

Autor: Sebastian (Gast)
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Wieso willst du eigentlich deinen eigenen GPS-empfänger bauen? Für eine
höhere Genauigkeit reichts doch sich die Daten von nem fertigen auf den
Mikrocontroller zu holen und da dann den Vektor zu
berechnen/draufzuaddieren. Das dürfte das Projekt um ein fielfaches
vereinfachen, und wahrscheinlich die Genauigkeit auchnoch erhöhen.

Ich hab mich mit der Verzerrung nochmal schlau gemacht. Wikipedia wirkt
da wunder, da es viel weiss und auch noch weiterführende Links hat.

Die Verzerrung wurde seit 2000 abgeschaltet. Es gibt aber trotzdem noch
eine Militärische version, die über verschlüsselte Signale sendet.

Sebastian

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