Höhenmessung / Entfernungsmessung zu Erde

>Wir streiten
>bereits einige Zeit darüber wie hoch er mit einem elektrischen
>angetriebenen Motorsegler maximal steigen kann

Das wollt ihr nicht testen :-)
hab ein Bericht gelesen (irgendwann in der FMT oder Modell) da sind die 
für Wettermessungen, mehrere 1000 Meter über Startpunkt geflogen,
mit Ferngläsern auf der Nase.

Das wollt ihr nicht wirklich, oder :-)

Ansonsten Luftdruck oder GPS, wie schon gesagt.

Ich hatte Anfangs einfach mein eTrax-GPS mit ins Modell gelegt,
und Zuhause dann die Log-Daten am PC ausgelesen !

DBD
 Olli

EDIT: zur Genauigkeit der GPS-Höhe: 99,9 % sollten für diesen Test 
reichen !!!

@Flieger

Die Höhenmessung per Absolutdruck-Sensor ist wesentlich genauer, als mit 
GPS. Damit kannst bis ca. 10 cm auflösen. Pro 8 Meter Höhe wird der 
Luftdruck um 1 mbar kleiner. Das kann man leicht nachprüfen, indem man 
mal 2-3 Stockwerke die Treppe hochsteigt.

Wenn Du also den Sensor am Boden die Anzeige per Tastendruck nullst und 
er zeigt in der Luft -10 mbar an, dann befindet sich das Modellflugzeug 
in einer Höhe von ca. 80 Metern.

Du kannst da in Wikipedia unter allgemeine Höhenformel oder auch unter 
ICAO Höhenformel nachschauen und nachrechnen. Wenn es ganz genau sein 
muss, kann eine der Formeln in ein Programm eingebaut werden.

Gruss, Bernd

> Ich meine hingegen nach
> 250..300 Metern ist Schluss (Akku leer, Modell nicht mehr sichtbar,
> Fernsteuerung funktioniert nicht etc.). Das ist etwa so hoch wie der
> Eiffelturm.

Der Eiffelturm ist pipifax.
Und die Fernsteuerung arbeitet noch lange, nachdem du das Modell 
aufgrund der Entfernung nicht mehr siehst.

Wir haben früher für einen Segelflugbewerb (die zu erzielende Flugzeit 
ergibt sich nach einer Formel aus der Ausklinkhöhe von der 
Schleppmaschine) ganz einfach eine Aembanduhr mit integrierten 
Höhenmesser benutzt. Die Uhr kam in den Rumpf der Schleppmaschine, vor 
dem Start wird genullt. Schleppmaschine schleppt auf Höhe, klinkt den 
Segler aus. Schleppmaschine landet, der Höhenesser in der Armbanduhr 
wird abgelesen und daraus die zu erfliegende Flugzeit errechnet und dem 
Segelpiloten mitgeteilt.

Die Höhenangaben der Uhr waren auf +/- 5m genau und sahen eigentlich 
ziemlich realistisch aus.

Wenn du Angst vor der Kalibrierung eines Drucksensors hast aber über 
etwas mehr Geld verfügst (42-60€) kannst du dir ja mal die Drucksensoren 
von http://www.sensortechnics.com anschauen. Die haben teilweise 
digitale Schnittstellen (I2C, SPI) insbesondere: CSDX, HDI und HCE. 
-wiebel

Ich hätte noch einen ganz anderen Vorschlag:

-Beschleunigungssensor, pro Sekunde einen Messwert in einen Ram ablegen
-das Ding fiegen lassen, nach der Landung auslesen
-Messwerte plotten
-Funktion durchlegen
-zwei Mal über die Zeit integrieren
-höchsten Punkt ablesen

Gruss Daniel

Daniel R. wrote:
> Ich hätte noch einen ganz anderen Vorschlag:
>
> -Beschleunigungssensor, pro Sekunde einen Messwert in einen Ram ablegen
> -das Ding fiegen lassen, nach der Landung auslesen
> -Messwerte plotten
> -Funktion durchlegen
> -zwei Mal über die Zeit integrieren
> -höchsten Punkt ablesen

-die Messwerte ansehen
-heftig lachen
-alles entsorgen

Bensch wrote:
> Ich weiss nicht, warum ihr euch Sorgen um Genauigkeit und
> Temperaturdrift macht.

Weil es in den Kunststoffrümpfen dieser Segler bei Sonneneinstrahlung 
auch schon mal ordentlich war wird. Und so ein Flug dauert üblicherweise 
schon etwas länger als ein paar Sekunden/Minuten

Es geht doch darum festzustellen,
ob es eher 200-300m sind
oder eher 600-1000m !?!

Da reicht das billigste GPS für !!!
Am ende geht da sogar was Mechanisches :-)

DBD
 Olli

PS: es wird langsam langweilig ;(

@Karl heinz Buchegger (kbuchegg)
>>-die Messwerte ansehen
>>-heftig lachen
>>-alles entsorgen

Gründe?
Weil Du nicht in der Lage bist, ne Funktion dafür aufzustellen und die 
zu integrieren?
Darüber lache ich.

Die Methode funktioniert.

Daniel R. wrote:
> @Karl heinz Buchegger (kbuchegg)
>>>-die Messwerte ansehen
>>>-heftig lachen
>>>-alles entsorgen
>
> Gründe?
> Weil Du nicht in der Lage bist, ne Funktion dafür aufzustellen und die
> zu integrieren?
> Darüber lache ich.

Dann lach mal schön und überleg dir mal was dein Beschleunigungsmesser 
wohl bei jeder nicht sauber geflogenen Kurve bzw. in Böen anzeigen wird. 
Weist du, die Krux bei einem Flugzeug ist, dass es sich frei im 3D-Raum 
bewegt und kein Fahrstuhl ist.
Von dem Problem, dass deine 2-malige Integration auch die winzig kleinen 
Messfehler extrem verstärken wird, reden wir erst mal gar nicht.

> Die Methode funktioniert.

Ja klar.
Auf dem Papier funktioniert viel.

Mal ein paar Diagramme:
http://www.kickinger.org/GPSGallery/sGPX_20070407Vortex_Track 004_2D.jpg
http://www.rc-network.de/forum/attachment.php?attachmentid=78699&d=1181243099
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php?t=68881&page=3&highlight=wintec

Und noch ein Video mit eingeblendeten GPS-Daten:
Spannweite ~1.3m (also eher klein)
Modell war super zu sehen
'Normale' Flughöhe für kleinere Flieger !
http://rcos.codingmonkey.de/Downloads/misc/Videos/gps-flug.mpg (124MB)


Bensch wrote:
>> PS: es wird langsam langweilig ;(
>
> Macht es auch nicht besser. Wenn's dir nicht passt, geh doch einfach....

Sorry ;(, ich wusste nicht das du hier der Boss bist 
(watch?v=nKi1NZIh5L4)

Karl Heiz, man hänge den Sensor an einem Faden auf. Dann ist der Flieger 
ein Fahrstuhl. Ich ging davon aus, dass man soweit denkt.
Nach einer Regression sind die Messfehler weg (bzw. vernachlässigbar).

>>Ja klar.
>>Auf dem Papier funktioniert viel.

Außerhalb dessen auch.

>>Ultrakompliziertes Gedankenexperiment: Was zeigt Dein
>>*_Beschleunigungs_*sensor denn bei einer konstanten Steigrate an ???

Beschleinigungssensoren sind Kraftmesser. Er wird G +- F/m anzeigen.

Lutz wrote:

> Ultrakompliziertes Gedankenexperiment: Was zeigt Dein
> *_Beschleunigungs_*sensor denn bei einer konstanten Steigrate an ???

Noch ein unkompliziertes Gedankenexperiment:
In einem Looping wird der Beschleunigungssensor eine ständige erhöhte 
Beschleunigung in Richtung Rumpfboden registrieren. Und trotzdem ist der 
Flieger nach dem Looping wieder in der Ausgangshöhe.

Gehen wir mal in die Krativphase über

* Triangulieren mit 2 Theodoliten

* In den Flieger kommt ein Lautsprecher, der auf Befehl ein akustisches 
Signal abgibt. Gemessen wird die Signallaufzeit zusammen mit einer 
Höhenwinkelmessung mit einem Winkelmesser

* Kamera in den Flieger und am Boden eine Messstrecke abstecken. Auf dem 
Photo müsste man den Winkel unter dem die Messstrecke erscheint 
ermitteln können und daraus dann wieder die Höhe

* Eigenbau-höhenrader
  find ich interessant, stell ich mir aber auch ziemlich schwer vor.

Hi Daniel,

das funktioniert bei einem näherungsweise eindimensionalem System wie 
einer Modellrakete ganz gut und wird dort zum Teil auch gemacht (siehe 
z.B. http://www.aedelectronics.nl/rdas/index.htm).

Bei einem Flugzeug, dass sich mehr oder weniger beliebig in 6 
Freiheitsgraden (3 translatorische +  3 rotatorische) bewegen kann wird 
die Sache bedeutend komplexer. In diesem Fall spricht man von 
Trägheitsnavigation. Das erfordert dann entweder kardanisch aufgehängte 
mechanische Kreisel oder drei orthogonale Gyros (Drehratensensoren) in 
Verbindung mit 3 Beschleunigungssensoren. Die Auswertung ist dann auch 
keine triviale zweifache Integration mehr.

Wenn du schon mal von Eulerkoordinaten oder Quaternionen gehört hast, 
weißt du wovon ich Rede. Andernfalls muss ich wohl Karl Heinz Recht 
geben.

Gruß
Reinhard

Edit: Sorry, hätte den Thread vorher reloaden sollen.

Lutz wrote:
> Karl Heiz, man hänge den Sensor an einem Faden auf. Dann ist der Flieger
> ein Fahrstuhl. Ich ging davon aus, dass man soweit denkt.
> Nach einer Regression sind die Messfehler weg (bzw. vernachlässigbar).


Ja klar.
Und dein Faden zeigt immer in Richtung Erdboden :-)
Vor allem in Kurven

Mann, mann, mann.

Schon mal mit dem Jet in den Urlaub geflogen? Was macht der Orangensaft 
in seinem Glas in einer Kurve und warum ist er daher als Anzeiger für 
die Schräglage nicht zu gebrauchen? Sonst wärs auch einfach: Aus der 
Verdrehung der Wasseroberfläche in Bezug auf das Glas ermittle ich die 
Schräglage und damit die Drehung um die Längsachse. Die wird integriert 
und so kann man den Kurs mitplotten.
Nette Theorie, nur funktioniert sie in der Praxis nicht :-)


Im Detail: Damit du mit deinem Beschleunigungssensor überhaupt eine 
Chance hast, benötigst du eine absolut stabil laufende Inertialplattform 
(und nein: dein Faden leistet das nicht)
Und selbst dann bringt dich das Messrauschen durch die 2-malige 
Integration um. Regression hin oder her.

Nicht das Rauschen bringt einen um (wäre bei zweimaliger Differentiation 
ein großes Problem) aber Offset und Drift akkumulieren sich sehr schnell 
zu einem ordentlichen Messfehler.

Zum Orangensaft gibt es ein schönes Video, auch wenn es Eistee ist:
http://www.youtube.com/watch?v=9ZBcapxGHjE

Lutz wrote:

> *******************************************************
> Ähem: Oben war nur der LETZTE Satz von mir.

Ah, hab den vorhergehenden Post von Daniel nicht gesehen.

(Verwende immer 'Antwort mit Zitat', dann passiert sowas nicht.

Reinhard R. wrote:

> Zum Orangensaft gibt es ein schönes Video, auch wenn es Eistee ist:
> http://www.youtube.com/watch?v=9ZBcapxGHjE

Nur ein Wort: Wow

Die Integrationsmethode funktioniert schon - sogar recht genau. Das 
Ganze nennt sich Trägheitsnavigation (INS oder IRS) und ist in der 
Luftfahrt sehr gebräuchlich.

Der einzige Haken: Man muß die Werte in allen 3 Achsen genau messen und 
die 3 Achsen immer genau zum Erdboden ausrichten.

Dafür braucht man dann entweder eine mechanische Kreiselplattform oder 
ein elektronisches System (Strap Down System genannt, funktioniert mit 
Laserkreiseln) um jederzeit die Beschleunigung auf alle 3 Achsen 
umzurechnen.

So eine mechanische Kreiselplattform ist so groß wie 2-4 Schuhkartons 
und wiegt rund 10-20kg. Preis: > 250.000 USD. Die Strap Down Systeme mit 
Laserkreiseln sind etwas kleiner und leichter aber immer noch > 100.000 
USD teuer.

Gruß, Marcus

Die Integration funktioniert NUR dann wenn auch Kreisel, wie Du auch 
geschrieben hast, verwendet werden. In einer INS/IMU werden die 
einzelnen Daten der Sensoren (Beschleunigungsmesser UND Drehratenmesser) 
fusioniert! Mit einem Beschleunigungsmesser allein kann die Lage nicht 
eindeutig bestimmt werden, da man die statischen (Schwerkraft) und 
dynamischen (beschleunigte Bewegung z.B. Kreisflug) Beschleunigungen 
nicht unterscheiden kann. Hier hat z.B. Karl - Heinz vollkommen Recht!

Es müssen nicht gleich Laserkreisel sein ... MEMS oder Piezo reichen 
auch ...  Meist geschieht das mit einem Kalmenfilter. Es gibt auch 
kleinere IMUs bzw. AHRS Systeme die deutlich billiger sind .... Die 
XSens kostet rund 2200 Euro und z.B. die XBOW Nav420 für knapp 
18.000Eur. Beide Systeme nutzen wir hier am Institut ...

Grüße,
Michael

Ist ja das, was ich geschrieben habe: Für jede Achse einen 
Beschleunigungsmesser und das ganze kreiselstabilisiert (entweder 
mechanisch oder elektronisch).

Ein AHRS ist aber etwas anderes (Attitude and Heading Reference system). 
Es liefert nur Informationen zur Lage im Raum aber keine integrierten 
Positionsinformationen. So etwas wird zum Beispiel im Garmin 1000 
genutzt.

Wenn auch die absolute Position gefragt ist, ist die Anforderungen an 
die Kreisel wesentlich größer, daher nutzen die IRS Systeme auch 
Laserkreisel.

Gruß, Marcus

Mit MEMS alleine wird das nicht nicht funktionieren, spätestens nach ein 
paar Minuten ist dein Flugzeug durch die doppelte Integration der Fehler 
irgendwo im Weltraum. Das funktioniert nur in Kombination mit einem 
Sensor der langfristig genaue Absolutwerte liefert (-> GPS).

Mit entsprechenden Kreiseln und Beschleunigungsmessern sind diese 
Systeme auch ohne externe Korrektur recht genau. Die gängigen INS 
Systeme, die seit den 70er Jahren in Langstreckenflugzeugen verbaut 
sind, haben eine Genauigkeit von +/- 5nm nachdem das Flugzeug den 
Nordatlantik überquert hat - und das ohne zwischenzeitliche Korrektur 
mit Absolutwerten.

Die Höhenmessung spielt allerdings bei den INS Systemen keine Rolle - 
das wird nach wievor barometrisch gemacht. Auch eine Höhenmessung via 
GPS findet in der Luftfahrt keine Anwendung als primäre Höhenreferenz.

Lediglich bei Schlechtwetteranflügen (ILS CAT II/III) wird bei der 
Landung zusätzlich ein Radioaltimeter genutzt.

Gruß, Marcus

Klar, mit Laserkreiseln oder guten mechanischen kein Problem, aber nicht 
mit MEMS.

Mir gefällt der ständige Vergleich zu realen Flugzeugen nicht, wenn man 
diesen Modellfliegern so zusieht ist das eine verdammt zappelige 
Angelegenheit.
Wundert mich auch nicht, so eine Passagiermaschine wiegt ja auch viel 
mehr, der kleine Modellflieger hat ja keine Masse, die ihn stabilisieren 
könnte.

Eine milde Brise und ein nervöser Steuerfinger lassen das eher nach nem 
Ritt auf der Kanonenkugel als nach einem ruhigen Flug aussehen.

Ne, ich würd eher sagen weil die Funktionstüchtigkeit von GPS eher von 
Amerikas Gnade abhängt, die können da ruck-zuck mal den Saft abdrehen.

Amerikaner + NATO hat GPS-gelenkte Bomben, die Russen haben defakto kein 
GPS, deren Variante heisst GLONASS und funktioniert noch nicht so 
richtig.
Die Europäer haben auch was eigenes in Planung, namentlich Galileo, 
allerdings nicht unter militärischer Kontrolle, dafür aber 
GPS-kompatibel. (= mehr Satelliten = mehr Abdeckung)

Barometrische Höhenmessung funktioniert auch ohne externe Geräte und 
noch dazu recht simpel, alternativ kann man ja auch ein Radar benutzen, 
kostet aber viel mehr und fällt leichter aus, dafür knallt man aber auch 
nicht so leicht gegen Berge.

Ein paar Anmerkungen:

Die barometrische Höhenmessung ist nicht so trivial, wie es scheint. Es 
gibt nämlich keinen verlässlichen Zusammenhang zwischen Höhe und Druck, 
da dieser stark vom Wetter abhängig ist. Damit meine ich nicht nur den 
Luftdruck am Boden, den man kompensieren muß, sondern auch den Verlauf 
des Luftdrucks mit zunehmender Höhe.

Die reale Luftfahrt fliegt zwar Höhen anhand des barometrischen 
Luftdruckes und kompensiert für Höhen unterhalb von etwa 10.000 Fuß auch 
den Bodenluftdruck, jedoch wird einfach eine feste Beziehung zwischen 
Luftdruck und Höhe angenommen, die sog. Standardatmosphäre. Das kann man 
machen, weil es in der Praxis nicht wirklich relevant ist, ob ich in 
3.500 Fuß oder 3.570 Fuß unterwegs bin. Alle Flugzeuge in meiner Nähe 
haben ja den gleichen Fehler, da ihre Höhenmesser von der gleichen 
Formel zur Umrechnung von Druck in Höhe ausgehen.

Die preiswerten Drucksensoren (alles unter 100 Euro) sind viel zu 
ungenau, um damit einen luftfahrttauglichen Höhenmesser zu bauen. In 
einigen vorstehenden Beiträgen wird - wie oft - Auflösung und 
Genauigkeit durcheinandergeworfen. Ein Drucksensor, der eine Höhe auf 
20cm absolute Genauigkeit messen kann, ist etwa 500g schwer und kostet 
einen fünfstelligen Betrag. Dem wurde nämlich im Klimaschrank mit einem 
Druckkalibrator die Temperaturabhängigkeit und die Nichtlinearität 
ausgetrieben. Dabei werden zig Koeffizienten aufgenommen und der "rohe" 
Ausgabewert des Sensors digital korrigiert. Da diese aufwendigen 
Messungen für jeden einzelnen Sensor vorgenommen werden müssen, sind sie 
entsprechend teuer.

Die preiswerten integrierten Sensoren mit eingebauter Kompensation, wie 
sie in druckmessenden Armbanduhren eingebaut werden, schaffen in der 
Praxis wohl einige 10 Meter absolute Genauigkeit - in einem eng 
begrenzten Temperaturbereich zumindest. Auch diese sind ab Werk 
kalibriert, wenn auch aus Kostengründen mit wesentlich weniger 
Meßpunkten. Baut man den Sensor im Modell so ein, daß er vor großen 
Temperaturgradienten geschützt ist, und merkt man sich den Meßwert am 
Boden zur Offsetkorrektur, sollte man so einigermaßen brauchbare Werte 
bis einige hundert Meter bekommen.

Noch ein Wort zum kontrollierten Luftraum. Dieser beginnt nicht in 300, 
500 oder 750 Metern. Die Definition ist so: 1.000, 1.700 oder 2.500 Fuß 
über Grund, gemessen mit einem Höhenmesser in QNH-Einstellung. Welcher 
der drei Werte für den Standort gilt, ist einer aktuellen Luftfahrtkarte 
zu entnehmen. Es gibt aber auch Gebiete, in denen der kontrollierte 
Luftraum bis zum Boden reicht - beispielsweise in der Nähe von 
Verkehrsflughäfen. Diese "Schutzräume" sind in der Regel viel größer, 
als es sich ein Laie vorstellt.

> Flughöhenmessung per Luftdruck war bis vor kurzem Standard bei der
> Fliegerei, deswegen wird ja auf jedem Flugplatz die Meereshöhe
> angegeben, zur Korrektur des Luftdruck-Höhenmessers.

Ist immernoch so, wird sich in absehbarer Zeit auch nicht ändern.

Lediglich bei Instrumenten-Landungen wird für die letzten Meter auf ein 
Radarhöhenmesser als Primärsystem zurückgegriffen.


> Dazu muss das
> Eingangsrohr des Höhenmessers aber an einer bewusst dafür ausgesuchten
> Stelle des Flugzeugs montiert sein, die frei von Druck/Sog-Wirkung
> vorbeiströmender Luft ist. Die ist garnicht so einfach zu finden.

Ist nicht schwierig. Man muß nur irgendeine Öffnung an einer Fläche 
anbringen, die senkrecht zur Flugrichtung ausgerichtet ist und deren 
Umgebung einigermaßen "glatt" ist. Dann misst man weder eine Sogwirkund 
noch die vor dem Flugzeug aufgestaute Luft. In der großen Fliegerei ist 
der Statikport irgendwo vorne seitlich am Rumpf, meistens im Bereich der 
vorderen Kabinentüren.

Ein Problem ist, daß man für eine genaue Triangulation, die auch die 
Höhe einschließt, Satelliten in günstigeren Positionen bräuchte. Die 
Umlaufbahnen sind ja so ausgelegt, daß man Satelliten zwar in 
verschiedenen Azimutwinkeln zur Verfügung hat, aber die "Auswahl" bei 
der Elevation über dem Horizont ist nicht so toll. Deshalb funktioniert 
die "2D-Positionsbestimmung" auf der Erdoberfläche viel besser als die 
Höhenmessung über GPS. Bis damit die Genauigkeit der alten 
barometrischen Systeme verlässlich erreicht werden kann, müssten noch 
einige Satelliten ins All geschossen werden.

Darüber hinaus bräuchte man dann überall auf der Welt Referenzstationen 
und ein einheitliches System, die Korrekturdaten ans Flugzeug zu 
übermitteln. Das braucht man nicht nur zur Erhöhung der Genauigkeit 
(Differential GPS), sondern auch zur Integritätsprüfung des Systems.

Um daraus einen luftfahrttauglichen Höhenmesser zu machen, müsste man 
allerdings die zahlreichen "Single Points of failure" eliminieren. Der 
schlimmste davon ist der große rote Schalter beim 
US-Verteidigungsministerium.

Warum sollte man von der bord-autonomen, zuverlässig funktionierenden, 
ausreichend genauen und über Jahrzehnte bewährten barometrischen 
Höhenmessung abweichen? Nur, weil es auf den ersten Blick nicht 
"elegant" erscheint? Es ist aber einfach, und einfach ist gut.

Denk auch vor allem daran, daß das Höhenmeßsystem weltweit einheitlich 
sein muß und nicht zu kompliziert werden darf, denn schließlich ist in 
so einer kleinen Cessna nicht beliebig viel Platz für Antennen und 
Rechnerschränke. So ein einfacher barometrischer Höhenmesser ist ein 
kleines Plastikdöschen, kostet 500 bis 1000 Euro und braucht nur einen 
Schlauch zu einer Drucköffnung an der Rumpfseite.

Oliver Döring wrote:
> kostet 500 bis 1000 Euro und braucht nur einen
> Schlauch zu einer Drucköffnung an der Rumpfseite.

Ui. Hätte nicht gedacht, dass die so teuer sind :-)

Aber in deiner Antwort ist auch etwas angeklungen, was man auch noch 
unterstreichen sollte: Ein barometrischer Höhenmesser funktioniert auch 
dann noch, wenn in ganzen Bude der Strom aus irgendeinem Grund ausfällt. 
Und damit ist er gegenüber dem ganzen Elektronikkram unschlagbar.

> Ist nicht schwierig. Man muß nur irgendeine Öffnung an einer Fläche
> anbringen, die senkrecht zur Flugrichtung ausgerichtet ist und deren
> Umgebung einigermaßen "glatt" ist.

Hmm. Ich bezweifle nicht, das das so gemacht wird. Aber da kommt mir 
sofort das altertümliche Parfümfläschen in den Sinn, bei dem ein 
Luftstrom senkrecht zu einem Röhrchen das Parfüm aus der Flasche zieht. 
Müssten dann nicht diese Höhenmesser auch gegenüber der True Airspeed 
(um auch mal ein Fachwort das ich kenne in den Raum zu werfen :-) 
korrigiert sein?

In der Praxis verwendet man meistens mindestens 2 sog. "Static ports" 
einen auf jeder Seite des Rumpfes um Druckunterschiede durch schiebende 
Fluglagen zu vermeiden. Einen Venturi Effekt gibt es nur bei einem 
kleinen Durchmesser, daher haben die Static Ports eine recht große 
Fläche.

Eine Korrektur des Höhenmessers mit der Fluggeschwindigkeit (wäre hier 
übrigens die Indicated Airspeed) findet nicht statt, die Abweichung ist 
bei sauber positionierten Static ports zu vernachlässigen.

Gruß, Marcus

> Für ein Instrument, dass bei -40°C bis +60°C auf Jahre exakt anzeigt

-55 bis +70°C

> kalibriert, verplombt, Luftfahrt zugelassen und Bauart geprüft ist

Höhenmesser werden im Rahmen der jährlichen Avionik-Nachprüfung in ihrem 
kompletten Anzeigebereich gegen ein Referenzinstrument geprüft, die 
Abweichung muß in engen Grenzen liegen. Das gilt für die kleine Cessna 
genauso wie für den A380.

> der es zu jeder Schraube und Feder eine individuelle Teilenummer gibt

Beim Höhenmesser sicher nicht, diese werden ausschließlich vom 
Hersteller repariert oder grundüberholt.

> und bei dem der Hersteller mit hohen Schadensersatzansprüchen
> konfrontiert wird, wenn das Instrument Mist angezeigt hat und Menschen
> ums leben gekommen sind?

Naja. Eher das Gegenteil. Ein Mangel wird aufgedeckt, eine 
Lufttüchtigkeitsanweisung herausgegeben, der Hersteller erarbeitet eine 
Modifikation, der Halter des Luftfahrzeugs darf diese dann beim 
Hersteller kaufen.

Die Preise kommen durch die geringe Stückzahl und den immensen 
Zulassungsaufwand zustande. Dazu kommt noch, daß jedes einzelne Stück 
eine komplette Prüfung aller Parameter mit dem dazugehörigen Papierkram 
durchlaufen muß. Davon abgesehen sind Höhenmesser feinmechanische 
Präzisionsinstrumente mit entsprechendem Anteil an teuer Handarbeit.

> Eine Korrektur des Höhenmessers mit der Fluggeschwindigkeit (wäre hier
> übrigens die Indicated Airspeed) findet nicht statt, die Abweichung ist
> bei sauber positionierten Static ports zu vernachlässigen.

Nicht ganz korrekt, die Fehler der Statik- und Gesamtdruckabnahme werden 
im Rahmen der Flugerprobung eines neuen Flugzeugmusters ermittelt. Bei 
kleinen Flugzeugen gehen diese Fehler im Vergleich zu den Fehlern der 
Instrumente selbst unter, so daß in aller Regel keine Korrekturmaßnahmen 
nötig sind.

Bei Airlinern, insbesondere seit der Einführung von RVSM (reduced 
vertical separation minimums, die Mindest-Abstände zwischen den 
Flughöhen sich entgegenkommender Flugzeuge werden auf die Hälfte 
reduziert, um die Kapazität des Luftraums zu erhöhen), sind die 
Genauigkeitsanforderungen an die Höhenmesseranlage höher, hier erfolgt 
eine Kompensation der Fehler des Statikdrucksystems digital im ohnehin 
vorhandenen ADC (Air Data Computer).

Galileo wurde im Hinblick auf die Einsetzbarkeit für Flugzeugnavigation 
entwickelt, bis hin zur Landung. Ob das Höhenmessung mit einschließt 
kann ich jetzt allerdings nicht sagen.

> Warum sollte man von der bord-autonomen, zuverlässig funktionierenden,
> ausreichend genauen und über Jahrzehnte bewährten barometrischen
> Höhenmessung abweichen?

Vielleicht hofft man durch genauere und zuverlässigere Navigation den 
Flugverkehr dichter packen zu können? Zuverlässiger, weil man im 
Gegensatz zum Barometer zu jedem Zeitpunkt die Qualität des Messwertes 
beurteilen kann.

> Darüber hinaus bräuchte man dann überall auf der Welt Referenzstationen
> und ein einheitliches System

Referenzstationen zur Bestimmung der Bahn- und Atmosphärenparameter sind 
bei GPS schon Teil des Systems, ist nur die Frage wie eng man das 
knüpft.

> sondern auch zur Integritätsprüfung des Systems.

Ein unabhängiges Netz von Überwachungsstationen ist bei Galileo 
vorgesehen, GPS soll m.W. entsprechend erweitert werden.

> denn schließlich ist in
> so einer kleinen Cessna nicht beliebig viel Platz für Antennen und
> Rechnerschränke.

Die Zeit der Rechnerschränke ist ja nun endgültig vorbei.

Mag alles sein, aber der weltweiten Luftfahrt mal eben ein neues System 
aufzudrücken, ist nicht ganz ohne. Das betrifft dann ja jedes Flugzeug, 
vom Airliner bis zum Ultraleicht. Die GPS-Höhe ist prinzipbedingt eine 
andere als die Druckhöhe, man müsste sich ein völlig neues System 
ausdenken, oder auf irgendeine abartige Weise auf das alte System 
zurückrechnen.

Wenn du dir überlegst, daß ein IFR-zugelassenes Einfachst-GPS mal locker 
3.000 Euro kostet, mit 200 mal 100 Bildpunkten in schwarz/weiß und einer 
Datenbank auf proprietärer Flash-Karte, das TomTom für 89 Euro aber 
schon ein vielfaches an Funktionalität aufweist, dann kannst du dir 
ungefähr vorstellen, was ein neuartiger Satelliten-Höhenmesser mit 
GPS/Gallileo/GBAS-Empfänger unter Freunden wert wäre.

Zwar kann man wunderschön berechnen, wie gering die 
Ausfallwahrscheinlichkeit eines solchen GPS-basierten Systems wäre, das 
nützt dir aber immer noch nichts, wenn dir im Anflug durch die Wolken 
zwischen den Bergen der Strom in der Bude ausfällt. Da ist der rein 
mechanische Baro-Höhenmesser an Zuverlässigkeit und Robustheit nicht zu 
überbieten. Oder wir reden vom bösen Terroristen, der sich irgendwo 
versteckt und seinen kräftigen Jammer auspackt.

Die Umstellungen der letzten Jahre waren ja schon ein riesiges Theater 
mit sehr zweifelhaftem Nutzen für die Allgemeinheit:

* 8,33 kHz Kanalraster im Flugfunk
* Mode-S-Transponder
* ELT-Pflicht für alle Luftfahrzeuge bei gleichzeitiger Abschaffung der 
preiswerten 121,5-MHz-ELTs

Vielleicht will nicht jeder Halter einer viersitzigen Maschine jedes 
Jahr mehrere tausend Euro für vorgeschriebenes Equipment ausgeben, das 
er eigentlich nicht braucht. Von den Umrüstkosten für größeres Gerät mal 
ganz zu schweigen.

@Oliver:
Sagt doch keiner dass jeder Sportflieger umrüsten soll. Du hast oben 
schon RVSM erwähnt, da wäre es auch kein Akt die Höhenermittlung per GPS 
zu machen, zumindest für bestimmte Zwecke (Instrumentenlandung).

Wolken tun den Signalen nichts. Bei Jammern würde ich mir eher um 
Flugfunk-/RADAR sorgen machen, die GPS-Antenne sitzt ja auf dem Dach und 
schaut nach oben. Und wenn, dann fällt keine Maschine vom Himmel.

@Spess:
>Aus meiner Erfahrung mit GPS und Drucksensoren dürfte eins von beiden,
>oder eine Kombination völlig ausreichend sein.

Sehe ich auch so. Das einfachste dürfte sein, einen von den vielen 
fertigen GPS-Loggern mitzuschicken.

Eine fertige Lösung ist der GPS Datenlogger, eine weitere Möglichkeit 
wäre ein Höhenmesser mit Datenlogger für Paraglider. Das kommt aber auf 
die Platzverhältnisse an.

Die Selbstbaulösung mit Lerneffekt wäre ein Höhenmesser/Datetenlogger 
mit Absolutdruck-Sensor. Falls man wirklich die Steigleistung und 
maximale Höhe ermitteln will, dann sollte der Höhenmesser möglichst 
leicht sein und einen geringen Stromverbrauch haben wegen der kleineren 
Batterie.

Gruss, Bernd

B e r n d W. wrote:
> Die Selbstbaulösung mit Lerneffekt wäre ein Höhenmesser/Datetenlogger
> mit Absolutdruck-Sensor. Falls man wirklich die Steigleistung und
> maximale Höhe ermitteln will, dann sollte der Höhenmesser möglichst
> leicht sein und einen geringen Stromverbrauch haben wegen der kleineren
> Batterie.

Solche Telemetrie Lösungen gibt es für Modellflugzeuge. Einfach mal 
danach googeln. Die sind recht nützlich, wenn es darum geht einzelne 
Komponenten zu optimieren.
Was mich daran stört: Hier geht es darum eine Streitfrage zu klären. 
D.h. der Aufwand darf nicht zu hoch sein. Für ein oder zwei Messflüge, 
um die ungefähre Gipfelhöhe zu ermitteln, ist das doch Overkill. Um die 
Streitfrage zu klären, sind es ca 150m oder doch ca 600m, braucht auch 
die Genauigkeit nicht sehr hoch zu sein.

@Oliver Döring

Da du dich anscheinend mit Fluginstrumenten gut auskennst, darf ich mal 
eine Frage stellen?
Ich weiß, wie VOR funktioniert. Mann nehme 2 Signale: Eines, welches 
übere eine Rundumantenne abgestrahlt wird, das andere geht über eine 
Richtantenne die sich in einer bekannten Zeit einmal im Kreis dreht. Das 
Rundumsignal kommt immer dann, wenn die Richtantenne nach Norden zeigt. 
Aus dem Zeitversatz zwischen den beiden Signalen kann man die Richtung 
zum VOR bestimmten.

Was ich aber nicht rauskriege: Wie funktioniert DME?
Wird da die Abnahme der Amplitude über die Entfernung ausgewertet? Wäre 
das nicht fehleranfällig?

Erstmal zum Thema:

Ich empfehle für solche Zwecke immer den MS5534 von Intersema. Der ist 
ab Werk kalibriert und kann über SPI an einen AVR oder ähnliches 
angeschlossen werden. Zusammen mit einer Lithium-Zelle gibt das dann 
einen schön kompakten "Barographen". Das Ding kostet um die 30 Euro, ist 
also nicht ganz billig, liefert dafür aber die Höhe auf wenige zehn 
Meter genau. Wer es noch besser braucht, muß dann halt tiefer in die 
Tasche greifen.

@Karl Heinz

Deine VOR-Erklärung ist so nicht ganz korrekt, bei Interesse mehr dazu.

DME funktioniert anders, nämlich über Laufzeitberechnung eines 
HF-Impulses zwischen Transceiver im Flugzeug und der Bodenstation. Das 
ganze findet im Frequenzbereich von 960 bis 1215 MHz statt. Es gibt eine 
festgelegte Paarung zwischen VOR-Frequenzen und DME-Frequenzen, so daß 
der Pilot nur die VOR-Frequenz einstellen muß - sobald dieses über DME 
verfügt, wird das automatisch mitbenutzt. Es gibt einen Abfrage- und ein 
Antwortkanal, welche 63 MHz auseinanderliegen.

Das Flugzeug sendet ein Impulspaar auf der Abfragefrequenz, die 
Bodenstation antwortet ihrerseits mit einem Impulspaar auf der 
Antwortfrequenz, der Empfänger mißt die Laufzeit und errechnet daraus 
die Entfernung zur Bodenstation. Eine Korrektur über die Flughöhe 
erfolgt übrigens nicht, es wird die so ermittelte Schrägentfernung 
direkt angezeigt. Damit die Laufzeiten bei Annäherung an die 
Bodenstation nicht beliebig klein werden und die Genauigkeit leidet, 
fügt die Bodenstation zwischen Empfang einer Abfrage und senden der 
Antwort eine feste Pause von 50µs ein.

Jetzt gibt es natürlich das Problem, das mehrere Flugzeuge gleichzeitig 
eine Bodenstation auf derselben Frequenz benutzen können müssen. Hier 
hilft man sich mit einem erstaunlich einfachen Trick: Die Empfänger in 
Flugzeugen fragen die Bodenstation mehrmals pro Sekunde ab, aber nicht 
in festen Intervallen, sondern mit von einem 
Pseudozufallszahlengenerator gelieferten Muster von Pausen. Der 
Startwert des PRNG ist bei jedem Empfänger anders, so daß auch das 
Abfragemuster anders ist. Der Empfänger wird nun mit Antworten auf die 
eigene Abfrage, aber auch mit allen anderen Antworten bombardiert. Er 
sucht nun seine eigenen Antworten hinaus, indem er ein Zeitfenster, zum 
Beispiel "60 bis 65µs nach meiner Abfrage" hin- und herschiebt und 
schaut, an welcher "Position" die meisten Antworten mit ungefähr 
gleichem Abstand zwischen Abfrage und Antwort eingehen. Damit hat er 
dann "seine" Antworten gefunden, der Empfänger ist "eingerastet". Da 
sich die Geschwindigkeit und Entfernung des Flugzeugs von der 
Bodenstation nicht beliebig schnell ändern kann, braucht der Empfänger 
ein einmal eingerastetes Zeitfenster nur noch langsam verschieben.

Die Bodenstation sendet übrigens zusätzlich noch "Squitter", das heißt 
"zufällige" Impulse auch ohne Abfrage. Diese sind in einem Muster 
angeordnet, so daß man nach kräftiger Tiefpaßfilterung ein Audio-Signal 
erhält, welches die Station über Morsesignale identifiziert. Der Pilot 
kann dieses Audiosignal auf die Kopfhörer aufschalten.

Um das Problem der möglichen "Überlastung" einer Station zu umgehen, 
überwacht die Bodenstation, wie viele Impulse sie pro Sekunde aussendet. 
Wird ein bestimmter Grenzwert überschritten, reduziert sie einfach ihre 
Sendeleistung, die weiter entfernten Flugzeuge werden so einfach 
ausgesperrt, während die näheren Flugzeuge nichts mitbekommen. Dieser 
Selbstschutz verhindert, daß ein solches Impulschaos auf der Frequenz 
entsteht, daß einzelne Empfänger ihre Antworten nicht mehr eindeutig 
identifizieren können.

Dieses System ist übrigens schon seit vielen Jahrzehnten in Betrieb - es 
gibt noch alte Geräte, die vorwiegend mit diskreter Logik oder sauteuren 
ASICs aufgebaut sind! Das ist schon faszinierende Technik. Die Empfänger 
zeigen übrigens meistens nicht nur die Entfernung in nautischen Meilen, 
sondern zusätzlich "Ground Speed" (funktioniert natürlich nur, wenn man 
direkt auf die Station zu oder von ihr weg fliegt) und "Remaining Time 
to Station" an.

Es gibt seit Einführung der Flächennavigation auch sogenannte 
"DME-Interrogators", das sind Geräte, welche über eine Datenbank aller 
DME-Stationen und ihrer Positionen verfügen. Sie fragen dann mehrere 
Stationen ab und triangulieren so direkt die Position des Flugzeugs, 
welche sie dann an das FMS (Flight Management System) weitergeben. 
Meistens werden die Positionen eines GPS-Empfängers, eines 
DME-Interrogators und die der Trägheitsplattform zusammengeführt, um 
eine sehr genaue und "robuste" Position des Flugzeugs zu haben.

Oliver Döring wrote:

> Deine VOR-Erklärung ist so nicht ganz korrekt, bei Interesse mehr dazu.

Interesse ist immer da!
Ich denke, dass mein Gedankenmodell nicht allzuweit von der Realität 
entfernt ist. Aber die Details hab ich nie studiert.


> DME funktioniert anders, nämlich über Laufzeitberechnung eines
> HF-Impulses zwischen Transceiver im Flugzeug und der Bodenstation.

> Dieses System ist übrigens schon seit vielen Jahrzehnten in Betrieb

Genau aus diesem Grund kommt ich mir einfach nicht vorstellen, dass das 
tatsächlich über Laufzeitberechnungen gemacht wird. Ich hab ganz einfach 
die Ingenieure der Vor-Computer-Ära unterschätzt. Auch interessant wie 
die Kollisionsauflösung gemacht wird.

Im Vergleich dazu ist ja der Flug zum Mond rechentechnisch ein 
Kinderspiel und da gibt es tatsächlich Menschen die behaupten, die 
damalige Rechenpower hätte nie und niemmer ausgereicht.


Vielen Dank für die Erläuterungen. Ohne gute Stichworte ist es schwierig 
noch Erklärungen auf dieser Detailebene zu googeln.

Hi,

ich war am 30.03 mit meinem 1.8m Robbe Arcus ca. 550m hoch.
Gemessen mit einem MPX4115 und einem LTC2400 AD Wandler.
Ins EEProm schreibe ich nur 16Bit Werte. die Rohdaten folgen.

Boris

Hi,

zur Auswertung nutze ich dieses kleine Perl Script:

--snip--
#!/usr/bin/perl

use strict;
my $vs=65535;
my @data;
my $time;

while(my $line=<>) {
    my $raw=$line;
    my $pressure=($raw/$vs+0.095)/0.009;
    push(@data,$pressure)
}

my $start=($data[0]+$data[1]+$data[2]+$data[3])/4;

for my $pressure (@data) {
    my $h=($start-$pressure)*82;
    $time+=5;
    print "$time $h\n";
}
--snip--

Das geht bestimmt genauer:)

Boris

Als Segelflieger würde ich vermuten, daß man auch mit einem Modell so 
hoch steigen kann, wie die Thermik eben unter Berücksichtigung des 
Eigensinkens reicht - warum sollte das anders sein, als bei einem großen 
Segler? Da sind 550m noch nicht einmal besonders viel, die manntragenden 
Segelflugzeuge, deren Piloten sich spätestens ab 150m im Landeanflug 
befinden, hätten da gerade einmal 400m Spielraum - zu wenig für 
ernsthafte Streckenflüge.

Nur aus Interesse: Wie sieht denn die Geschwindigkeitspolare eines 
Modell-Segelflugzeugs mit 1,8m Spannweite aus? Was ist das geringste 
Sinken?

Oliver Döring wrote:
> Als Segelflieger würde ich vermuten, daß man auch mit einem Modell so
> hoch steigen kann, wie die Thermik eben unter Berücksichtigung des
> Eigensinkens reicht - warum sollte das anders sein, als bei einem großen
> Segler? Da sind 550m noch nicht einmal besonders viel, die manntragenden
> Segelflugzeuge, deren Piloten sich spätestens ab 150m im Landeanflug
> befinden, hätten da gerade einmal 400m Spielraum - zu wenig für
> ernsthafte Streckenflüge.
Da wo es für euch anfängt, wirds für uns gefährlich. Am liebsten sind 
mir Bärte mit 20-50m Durchmesser, da kann ich dann jederzeit aussteigen 
und bekomm das Modell auch wieder runter. Ab 300-400m vereinigen sich 
dann die Bärte und ich bekomme Probleme meinen Flieger wieder herrunter 
zu bekommen.

> Nur aus Interesse: Wie sieht denn die Geschwindigkeitspolare eines
> Modell-Segelflugzeugs mit 1,8m Spannweite aus? Was ist das geringste
> Sinken?
ich habe zur Zeit so eine günstige Schaumwaffel, über geringstes Sinken 
oder Gleitzahl denke ich da nicht nach.
F3J Modelle liegen etwa bei 0,35-0,4m/s. Mehr zu dem Thema findest du 
hier http://www.hq-modellflug.de/

Boris

Was hat eigentlich Inertiale Navigation mit Höhenmessung zu tun? Ich 
glaub da ist man wohl mitten im Thema vom Thema abgekommen ;)

Im Übrigen verwenden die von mikrokopter.de an ihrem Luftsensor ein 
Stück Schaumstoff um die Propellerwinde abzuhalten, das scheint ganz gut 
zu funktionieren.

Eventuell ist das eine Möglichkeit irgendwelche Strömungsdrücke, am 
Rumpf des Flugzeuges abzuhalten.

Simon K. wrote:
> Was hat eigentlich Inertiale Navigation mit Höhenmessung zu tun? Ich
> glaub da ist man wohl mitten im Thema vom Thema abgekommen ;)

Es ging um die Fragestellung, ob man nur mit einem Beschleunigungssensor 
alleine die Höhe durch Integration ermitteln kann. Ohne IN Plattform 
geht das nicht, weil keine Referenz existiert um die gemessene 
Beschleunigung vektoriell zu integrieren und die Annahme, dass ein 
Flugzeug immer waagrecht bzw. mit der gleichen Längsneigung fliegt, ist 
nun mal bei einem Modellflugzeug so gut wie überhaupt nie erfüllt.

> Im Übrigen verwenden die von mikrokopter.de an ihrem Luftsensor ein
> Stück Schaumstoff um die Propellerwinde abzuhalten, das scheint ganz gut
> zu funktionieren.

> Eventuell ist das eine Möglichkeit irgendwelche Strömungsdrücke, am
> Rumpf des Flugzeuges abzuhalten.

In diesem speziellen Fall bestimmt. Allerdings wird die Öffnung des 
Drucksensors wahrscheinlich entweder nach oben oder nach unten zeigen, 
damit der zusätzliche Staudruck, wenn der Quadrokopter Fahrt macht, das 
Meßergebnis nicht verfälscht.

Wobei bei genauerer Betrachtung bei Modellflugzeugen sogar das 
wahrscheinlich total egal ist. Die Geschwindigkeiten sind ja nicht so 
groß, die dazu gehörenden Staudrücke produzieren einen Fehler, der in 
der Gesamtgenauigkeit des Systems wahrscheinlich untergeht:

1 mbar (= 1 hPa) weniger Druck entsprechen in Bodennähe einer 
Höhenzunahme von etwas über 8 Metern.

Um 1 mbar Staudruck zu erzeugen, müsste man schon 46 km/h schnell 
unterwegs sein. Bei 270 km/h, der üblichen Höchstgeschwindigkeit eines 
heutigen manntragenden Segelflugzeugs, wären es schon 35 mbar, 
entsprechend einem Fehler von fast 300 Metern...

> F3J Modelle liegen etwa bei 0,35-0,4m/s. Mehr zu dem Thema findest du
> hier http://www.hq-modellflug.de/

Interessant. Das geringste Sinken ist demnach ungefähr das gleiche wie 
bei einem "großen" Segelflugzeug. Abgesehen vom Kurvenradius sollten sie 
sich damit in der Thermik durchaus vergleichbar verhalten.