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Forum: HF, Funk und Felder Blitzortung Funktionsweise


Autor: Martin S. (sirnails)
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Guten Morgen,

ich bin bei einem Gespräch mit meinem Vater auf ein ansich erstmal 
trivial anmutendes Problem der Blitzortung gestoßen.

Im Kern ist das ja ganz leicht gesagt: Man hat ein Netzwerk von 
Stationen, über einen Kreuz-Dipol wird die Richtung bestimmt und ... 
genau hier fängt das Problem dann schon an.

Was ich bisher in Erfahrung bringen konnten arbeitet man mit einer 
Kreuzpeilung. Der Kreuzdipol ist aber nie genau genug, um die wirkliche 
Richtung vorhersagen zu können. Ich kann zwar den Sinus- und 
Kosinusanteil auswerten, bekomme dann aber 1) keine eindeutigen Werte, 
weil das Signal mit negativem Vorzeichen auch sein kann und 2) weil die 
Richtcharakteristik zu schlecht ist, keine genaue Richtung.

Ich kann also lediglich sagen, dass ich an einem System S einen 
Dirac-Impuls (idealer Blitz) aus einer Richtung zwischen rho und phi 
Grad mit einer Feldstärke E(x) empfangen habe.

Über das x sagt mir das ganze erstmal überhaupt nichts aus.

Selbst wenn ich jetzt einen zweiten Detektor hinzunehme, dann gewinne 
ich selbige Information, die aber auch nicht hinreichend die Richtung 
feststellen lässt.

Selbst bei zwei Stationen bekomme ich allerhöchstens eine riesige 
Fläche, in der ein Blitz hätte stattgefunden haben könnte.

Und - um jetzt noch mehr Salz in die Suppe zu werfen: Ich habe keine 
Ahnung, ob das, was beide Stationen empfangen haben, auch tatsächlich 
der gleiche Impuls war.

Unterm Strich bekomme ich als EM-Feld im Diagramm lauter Nadelimpulse. 
Mehrere Stationen führen nur dazu, dass ich etwas bekomme, das in etwa 
genauso aussagekräftig ist, wie eine Hand voll Kämme hintereinander zu 
legen, die zueinander verschoben sind.

Jetzt kann man natürlich noch durch Atomuhren die Zeiten hervorragend 
festhalten, wie es bei GPS gemacht wird. Aber auch hier bringt mir das 
schlussendlich erstmal nichts, weil mein Blitz keinen Zeitstempel 
besitzt.

Wie also wird aus der blanken Information, dass ein Empfänger irgendein 
Signal aufgenommen hat, eine Position?

Grüße M.S.

Autor: John D. (drake)
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Nein, man ermittelt die Laufzeitunterschiede zu unterschiedlichen 
Sensorstationen.

Autor: Clemens S. (zoggl)
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aldis hat da eine relativ ordentliche Beschreibung:


http://www.aldis.at/netzwerk/funktionsweise/

sg

Autor: Martin S. (sirnails)
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John D. schrieb:
> Nein, man ermittelt die Laufzeitunterschiede zu unterschiedlichen
> Sensorstationen.

Wie?

Autor: Martin S. (sirnails)
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Clemens S. schrieb:
> aldis hat da eine relativ ordentliche Beschreibung:
>
>
> http://www.aldis.at/netzwerk/funktionsweise/
>
> sg

Leider erklären Sie das Problem aus meiner Fragestellung überhaupt 
nicht.

Nochmal: Nur die Information, dass irgendwann ein irgendwo ein Blitz zum 
Zeitpunkt t1 aufgetreten ist, lässt nicht darauf schließen, dass ein 
Signal, das Irgendwo zu einem Zeitpunkt t2 aufgetreten ist, zum gleichen 
Blitz gehört.

Autor: John D. (drake)
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Martin S. schrieb:
> Nochmal: Nur die Information, dass irgendwann ein irgendwo ein Blitz zum
> Zeitpunkt t1 aufgetreten ist, lässt nicht darauf schließen, dass ein
> Signal, das Irgendwo zu einem Zeitpunkt t2 aufgetreten ist, zum gleichen
> Blitz gehört.

Die Laufzeitunterschiede liegen doch nur im us-Bereich, nicht im 
Minutenbereich...
Und bei Aldis ist sogar noch die ungefähre Einfallsrichtung bekannt. 
Warum sollte also die Zuordnung schwierig sein?

Autor: Clemens S. (zoggl)
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Martin S. schrieb:
> Leider erklären Sie das Problem aus meiner Fragestellung überhaupt
> nicht.
>
> Nochmal: Nur die Information, dass irgendwann ein irgendwo ein Blitz zum
> Zeitpunkt t1 aufgetreten ist, lässt nicht darauf schließen, dass ein
> Signal, das Irgendwo zu einem Zeitpunkt t2 aufgetreten ist, zum gleichen
> Blitz gehört.

doch tut es.

lesen bildet ungemein:

Die von den einzelnen Sensoren als Blitze erkannten und ausgewerteten 
Daten werden mit einer exakten Zeitmarke (basierend auf den Signalen von 
GPS-Satelliten) versehen und zum so genannten Lightning Processor (LP) 
übertragen. Die erste Aufgabe des LP besteht darin, aufgrund der exakten 
Zeitmarken alle Sensordaten zu gruppieren, die zum selben Blitzschlag 
gehören. Stehen für einen Blitzschlag die Daten von mindestens zwei 
Sensoren zur Verfügung, kann der Einschlagspunkt bestimmt werden. Neben 
den Koordinaten des Einschlagspunktes stellt der LP zu jeder erfassten 
Blitzentladung noch einige weitere Informationen zur Verfügung:
◾ Uhrzeit
◾ Polarität (positiv/negativ)
◾ Blitzstromamplitude in kA


es ist ziemlich wahrscheinlich, das wie Messergebnisse mit geringem 
zeitlichen abstand, gleicher Polarität und ähnlicher Amplitude zum 
selben Blitz gehören.

wenn du das nicht wahrhaben willst kann ich dir auch nicht helfen...

Autor: Martin S. (sirnails)
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Vielen Dank für Deine unverschämte Antwort!

Aber nochmal für Dich zum mitschreiben: Das System ist unterdefiniert! 
Und das ändert sich auch nicht dadurch, dass man GPS mit hinein packt.

Also gut, die Antwort ist eigentlich gegeben: Man ortet nicht, man rädt 
und mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit liegt man richtig. In allen 
anderen Fällen halt nicht...

Autor: John D. (drake)
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Schön, dass diese - insbesondere für die Fliegerei recht nützlichen - 
Systeme auch funktionieren, obwohl du deren Funktion anzweifelst...

Autor: Tobias (Gast)
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Martin S. schrieb:
> Aber nochmal für Dich zum mitschreiben: Das System ist unterdefiniert!
> Und das ändert sich auch nicht dadurch, dass man GPS mit hinein packt.

Wie wahrscheinlich ist es, daß exakt zur gleichen Zeit an 
unterschiedlichen Orten zwei Blitze einschlagen? Und mit "exakt" meine 
ich nicht "in der gleichen Sekunde", sondern "in der gleichen ms". 
Deshalb werden die Entladungen, die zur gleichen Zeit passieren, 
gruppiert und dann die Laufzeit ausgewertet. Weil jeder Blitz aber nicht 
nur von zwei oder drei Empfängern aufgenommen wird, sondern von 
hunderten, kann man schon sehr exakt die Position des Blitzes bestimmen. 
Da ist man weit weg vom Begriff "raten". Kannst dir ja mal auf der Seite 
"blitzortung.org" anschauen, was da passiert. Da kann man auch zu jedem 
Blitz die Linien zu den Empfängern einblenden. Vielleicht bekommst du 
dann einen Eindruck, was für ein dichtes Netzwerk das ist.

Autor: Stefan M. (derwisch)
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Martin S. schrieb:
> über einen Kreuz-Dipol wird die Richtung bestimmt und ...

Woher kommt denn diese Information?

Bei der Blitzortung wird die magnetische Komponente des Signals 
ausgewertet ( H-Feld Antenne ).
Die Antennen sind also keine E-Feld Antennen ( Dipol z.B. ).

Die Frequenzen, die für die Auswertung genutzt werden liegen sehr tief, 
maximal ein paar hundert kHz ( LW, MW ).

Dafür nutzt man Spulen in Form von Rahmenantennen oder Ferritstäben.
Wenn man bei Gewitter mal ein MW Radio einschaltet wird das schnell 
klar...

Autor: Clemens S. (zoggl)
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Martin S. schrieb:
> Aber nochmal für Dich zum mitschreiben: Das System ist unterdefiniert!
> Und das ändert sich auch nicht dadurch, dass man GPS mit hinein packt.
>
> Also gut, die Antwort ist eigentlich gegeben: Man ortet nicht, man rädt
> und mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit liegt man richtig. In allen
> anderen Fällen halt nicht...

lies doch einfach die Beschreibung.

unter der Prämisse dass die erde ein Ellipsoid, die 
Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals eine konstante und die 4 Uhren 
genau sind ergibt sich bei 4 Stationen genau 1 Punkt, an denen der Blitz 
eingeschlagen haben kann.

unter der Prämisse dass die erde ein Ellipsoid, die 
Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals eine konstante und die 2 Uhren 
genau sind ergeben sich bei 2 Stationen eine Kurve (jeder punkt mit 
gleichem Delta T), auf welcher der Blitz eingeschlagen haben kann. nun 
hat man aber noch von beiden Stationen die Winkel, unter welchen der 
Blitz gesehen wurde. und damit kommt man schlussendlich auf den Punkt.

Autor: Martin S. (sirnails)
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John D. schrieb:
> Schön, dass diese - insbesondere für die Fliegerei recht nützlichen -
> Systeme auch funktionieren, obwohl du deren Funktion anzweifelst...

So ein Quatsch! In der Fliegerei wird ein Wetterradar genutzt. Das sind 
ja wohl zwei komplett himmelweit unterschiedliche Systeme...

Autor: John D. (drake)
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Bau 'mal ein Wetterradar in eine Katana ein...

Autor: Martin S. (sirnails)
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Tobias schrieb:
> Martin S. schrieb:
>> Aber nochmal für Dich zum mitschreiben: Das System ist unterdefiniert!
>> Und das ändert sich auch nicht dadurch, dass man GPS mit hinein packt.
>
> Wie wahrscheinlich ist es, daß exakt zur gleichen Zeit an
> unterschiedlichen Orten zwei Blitze einschlagen? Und mit "exakt" meine
> ich nicht "in der gleichen Sekunde", sondern "in der gleichen ms".

Das ist nicht unwahrscheinlich, sondern sehr wahrscheinlich. Alleine 
schon dann, wenn zwei Blitze nahezu gleichzeitig in unterschiedlichen 
Entfernungen einschlagen. Denn das ist genau der Grenzfall, für den 
diese Art der Berechnung nicht mehr funktioniert. Und genau aus diesem 
Grunde habe ich diese Frage überhaupt gestellt. Dass das System gut 
funktioniert, wenn man hier mal einen, und da mal einen Blitz hat, steht 
doch außer Frage.

> Deshalb werden die Entladungen, die zur gleichen Zeit passieren,
> gruppiert und dann die Laufzeit ausgewertet. Weil jeder Blitz aber nicht
> nur von zwei oder drei Empfängern aufgenommen wird, sondern von
> hunderten, kann man schon sehr exakt die Position des Blitzes bestimmen.
> Da ist man weit weg vom Begriff "raten". Kannst dir ja mal auf der Seite
> "blitzortung.org" anschauen, was da passiert. Da kann man auch zu jedem
> Blitz die Linien zu den Empfängern einblenden. Vielleicht bekommst du
> dann einen Eindruck, was für ein dichtes Netzwerk das ist.

Das Problem mit den "hunderten" ist doch aber, dass es verschiedene 
Netzwerke gibt. Die absolute Empfängerzahl ist zwar damit hoch, aber ich 
brauche ja auch sehr viele Empfänger eines gleichen Typs.

Der Ausgangspunkt der Frage war, warum ein Blitz, der direkt in der 
Nachbarschaft eingeschlagen ist, auf der Blitzkarte ca. 30km Luftlinie 
weiter weg angezeigt wurde. So gut kann das alles also gar nicht 
funktionieren, wie hier durch unfreundlichste Verallgemeinerer 
dargestellt wird.

Autor: Martin S. (sirnails)
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Stefan M. schrieb:
> Martin S. schrieb:
>> über einen Kreuz-Dipol wird die Richtung bestimmt und ...
>
> Woher kommt denn diese Information?
>
> Bei der Blitzortung wird die magnetische Komponente des Signals
> ausgewertet ( H-Feld Antenne ).
> Die Antennen sind also keine E-Feld Antennen ( Dipol z.B. ).
>
> Die Frequenzen, die für die Auswertung genutzt werden liegen sehr tief,
> maximal ein paar hundert kHz ( LW, MW ).
>
> Dafür nutzt man Spulen in Form von Rahmenantennen oder Ferritstäben.
> Wenn man bei Gewitter mal ein MW Radio einschaltet wird das schnell
> klar...

Aus einer Abhandlung, die ich über das Thema gelesen habe. Findet sich 
irgendwo bei Google, hat 140 Seiten, hat die Frage aber auch nicht 
geklärt.

Autor: Martin S. (sirnails)
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Clemens S. schrieb:
> Martin S. schrieb:
>> Aber nochmal für Dich zum mitschreiben: Das System ist unterdefiniert!
>> Und das ändert sich auch nicht dadurch, dass man GPS mit hinein packt.
>>
>> Also gut, die Antwort ist eigentlich gegeben: Man ortet nicht, man rädt
>> und mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit liegt man richtig. In allen
>> anderen Fällen halt nicht...
>
> lies doch einfach die Beschreibung.
>
> unter der Prämisse dass die erde ein Ellipsoid, die
> Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals eine konstante und die 4 Uhren
> genau sind ergibt sich bei 4 Stationen genau 1 Punkt, an denen der Blitz
> eingeschlagen haben kann.

Natürlich ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich. ABer ich weiß ja 
nicht, wann das Signal ausgelöst wurde - wie ich schon schrieb. Ich kann 
an einer Antenne erstmal nur festellen, dass ein Blitz eingeschlagen 
ist, und grob woher er kommt.

Eine Bestimmung funktioniert nur unter der Annahme, dass ein Blitz, der 
innerhalb eines kurzen Zeitintervals t der gleiche gewesen sein muss.

Und eine Zahl von n Stationen minimiert zwar den möglichen Fehler, 
schließt ihn aber nicht aus.

Wie dem auch sei - die Frage ist ja damit hinreichend geklärt.

> unter der Prämisse dass die erde ein Ellipsoid, die
> Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals eine konstante und die 2 Uhren
> genau sind ergeben sich bei 2 Stationen eine Kurve (jeder punkt mit
> gleichem Delta T), auf welcher der Blitz eingeschlagen haben kann. nun
> hat man aber noch von beiden Stationen die Winkel, unter welchen der
> Blitz gesehen wurde. und damit kommt man schlussendlich auf den Punkt.

Autor: Stefan A. (ripper121)
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Schau dir den AS3935 an:
http://ams.com/eng/Products/Wireless-Connectivity/Wireless-Sensor-Connectivity/AS3935

Den gibt es auch als Breakout oder Demoboard zu kaufen und läuft auch 
mit Arduino (fertige lib)

Autor: Tobias (Gast)
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Martin S. schrieb:
> Natürlich ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich. ABer ich weiß ja
> nicht, wann das Signal ausgelöst wurde - wie ich schon schrieb. Ich kann
> an einer Antenne erstmal nur festellen, dass ein Blitz eingeschlagen
> ist, und grob woher er kommt.

Genau deshalb melden die Empfänger auch nicht nur, dass eine 
Blitzentladung stattgefunden hat, sondern auch wann das passiert ist. 
Aus diesem Grund wird, wie weiter oben schon geschrieben wurde, jedes 
registrierte Ereignis mit einem Zeitstempel versehen, der die GPS-Zeit 
beinhaltet. Also weißt du es schon, wann das Signal ausgelöst wurde. 
Vorausgesetzt, du hast einen dafür geeigneten Empfänger, der die 
GPS-Zeit in den Datensatz reinpackt, der dann zum Server geschickt wird. 
Und aus der Summe der Datensätze, die beim Server eintreffen, kann er 
dann die Entladungen lokalisieren.

Autor: Martin S. (sirnails)
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Tobias schrieb:
> Martin S. schrieb:
>> Natürlich ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich. ABer ich weiß ja
>> nicht, wann das Signal ausgelöst wurde - wie ich schon schrieb. Ich kann
>> an einer Antenne erstmal nur festellen, dass ein Blitz eingeschlagen
>> ist, und grob woher er kommt.
>
> Genau deshalb melden die Empfänger auch nicht nur, dass eine
> Blitzentladung stattgefunden hat, sondern auch wann das passiert ist.
> Aus diesem Grund wird, wie weiter oben schon geschrieben wurde, jedes
> registrierte Ereignis mit einem Zeitstempel versehen, der die GPS-Zeit
> beinhaltet. Also weißt du es schon, wann das Signal ausgelöst wurde.

Und genau das ist der weitläufige Denkfehler. Genau das weiß man nämlich 
nicht. Und genau das ist das, was auch ein Clemens nicht verstanden 
hatte, als er mir seine arrogante Antwort schrieb.

Die Daten, die man von obigen System bekommt, sehen doch nur so aus (mal 
die Feldstärken ignoriert):

Signal 1: 00:52:34.012.342.300 10°
Signal 2: 00:52:34.012.343.900 290°

Alles, was man aus dieser Information herausziehen kann, ist eine grobe 
Richtung und ein Zeitpunkt, der für sich genommen aussagelos ist. Nur 
unter der Annahme, dass beide Ereignisse den selben Blitz beschreiben, 
kann man daraus ableiten, dass es der gleiche Blitz ist. 
Vielfachentladungen mal komplett außen vor gelassen, denn dann wird das 
noch komplizierter.

Und wenn ich jetzt annehme, dass beide Signale den gleichen Blitz 
beschreiben, dann kann ich aussagen, dass das Signal zu Station 2 1,6µs 
länger gebraucht hat, als zu station 1. Das ist damit ein LGS mit 2 
Unbekannten und 1 Gleichung und damit unterbestimmt. Wenn ich noch die 
Richtung hinzunehme, dann erhalte ich weiterhin 2 Gleichungen mit je 
einer Unbekannten und damit hinreichend bestimmt. Damit wird das LGS 
zwar lösbar, aber auch nur unter obiger Annahme.

Autor: Herbert (Gast)
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Martin S. schrieb:
> Clemens S. schrieb:
>> Martin S. schrieb:
>>> Aber nochmal für Dich zum mitschreiben: Das System ist unterdefiniert!
>>> Und das ändert sich auch nicht dadurch, dass man GPS mit hinein packt.
>>>
>>> Also gut, die Antwort ist eigentlich gegeben: Man ortet nicht, man rädt
>>> und mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit liegt man richtig. In allen
>>> anderen Fällen halt nicht...
>>
>> lies doch einfach die Beschreibung.
>>
>> unter der Prämisse dass die erde ein Ellipsoid, die
>> Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals eine konstante und die 4 Uhren
>> genau sind ergibt sich bei 4 Stationen genau 1 Punkt, an denen der Blitz
>> eingeschlagen haben kann.
>
> Natürlich ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich. ABer ich weiß ja
> nicht, wann das Signal ausgelöst wurde - wie ich schon schrieb. Ich kann
> an einer Antenne erstmal nur festellen, dass ein Blitz eingeschlagen
> ist, und grob woher er kommt.

So funktioniert (Funk-) Peilung nun mal. Die Richtungsinformation der 
Antenne wird aber in der Praxis verworfen (EUCLID, CATS, ...) Außerdem 
werden die Informationen durch Satelliten (TRM-Mission, Meteosat, ...) 
unterstützt.

> Eine Bestimmung funktioniert nur unter der Annahme, dass ein Blitz, der
> innerhalb eines kurzen Zeitintervals t der gleiche gewesen sein muss.

Es steht neben der Zeit aber auch noch Amplitude und Amplitudenverlauf 
zur Verfügung. So sind Blitze auch "identifizierbar".

> Und eine Zahl von n Stationen minimiert zwar den möglichen Fehler,
> schließt ihn aber nicht aus.
>
> Wie dem auch sei - die Frage ist ja damit hinreichend geklärt.

Das ist richtig. Es geht aber auch nicht darum fehlerfrei zu sein. Auf 
der Erde schlagen täglich Millionen Blitze ein.

Martin S. schrieb:
> Also gut, die Antwort ist eigentlich gegeben: Man ortet nicht, man rädt
> und mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit liegt man richtig. In allen
> anderen Fällen halt nicht...

Ich weiß nicht ob "raten" so das richtige Wort ist. Das ist eine Peilung 
die natürlich mit einem gewissen Fehler behaftet ist. Dieser Fehler ist 
aber angesichts der Anwendung akzeptabel. Ziel ist es ja nicht 100% der 
Blitze genau zu erfassen sondern einen statistisch relevanten Wert zu 
ermitteln. Der Radarfalle in der geschlossenen Ortsdurchfahrt ist es 
auch egal ob du 61,201 oder 61,202 km/h gefahren bist.

Autor: Martin S. (sirnails)
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Herbert schrieb:
> Ziel ist es ja nicht 100% der
> Blitze genau zu erfassen sondern einen statistisch relevanten Wert zu
> ermitteln.

Naja, ich denke mal, für Versicherer kann durchaus interessant sein, ob 
ein Blitzereignis durch EM-Felder (den Fall hatten wir schonmal) einen 
Schaden verursacht haben kann.

Insgesamt teile ich die Meinung, dass es unerheblich ist, dass das 
System zu 100% präzise ist. Aber der Aufwand, nahe an die 100 zu kommen, 
wird dann schon enorm. Und der Nutzen so erstmal nicht gegeben - 
zumindest fällt mir keine Anwendung ein.

Zumindest ist klar: Einfach mal zwei Empfänger aufstellen, und dann 
erwarten, dass man damit Blitze wirklich peilen kann, ist nicht.

Autor: Tobias (Gast)
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Martin S. schrieb:
> Zumindest ist klar: Einfach mal zwei Empfänger aufstellen, und dann
> erwarten, dass man damit Blitze wirklich peilen kann, ist nicht.

Das ist richtig. Aus diesem Grunde wird es ja so auch nicht gemacht. Nur 
mit den Zeitinformationen jedes einzelnen Ereignisses und der Auswertung 
der Vielzahl der auf dem Server eintreffenden Informationen wird das 
was. Wenn du nur einen oder zwei Empfänger hast, kannst du es im 
Lautsprecher schön knacken hören, mehr aber nicht.

Autor: Martin S. (sirnails)
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Tobias schrieb:
> Martin S. schrieb:
>> Zumindest ist klar: Einfach mal zwei Empfänger aufstellen, und dann
>> erwarten, dass man damit Blitze wirklich peilen kann, ist nicht.
>
> Das ist richtig. Aus diesem Grunde wird es ja so auch nicht gemacht. Nur
> mit den Zeitinformationen jedes einzelnen Ereignisses und der Auswertung
> der Vielzahl der auf dem Server eintreffenden Informationen wird das
> was. Wenn du nur einen oder zwei Empfänger hast, kannst du es im
> Lautsprecher schön knacken hören, mehr aber nicht.

Danke für diese Zusammenfassung. Genau das war mein Ausgangspunkt und 
der Grund meiner Frage.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Martin S. schrieb:
> Die Daten, die man von obigen System bekommt, sehen doch nur so aus (mal
> die Feldstärken ignoriert):
>
> Signal 1: 00:52:34.012.342.300 10°
> Signal 2: 00:52:34.012.343.900 290°
>
> Alles, was man aus dieser Information herausziehen kann, ist eine grobe
> Richtung und ein Zeitpunkt, der für sich genommen aussagelos ist.

Die Richtung brauchst du gar nicht.
Allein aus der Zeitdifferenz ergeben sich als Standlinie für das 
Ereignis zwei Hyperbeln. Irgendwo dort war der Blitz.

Du brauchst aber mehr Empfangsstationen.
Mit einer dritten Station kannst du zusätzlich die Zeitdifferenzen zu 
den beiden ersten ermitteln und bekommst vier weitere Hyperbeln.
Damit kann man die Mehrdeutigkeit auflösen: Dort wo sich die Hyperbeln 
schneiden, war der Blitz.
GPS liefert hier nur genaue Zeitmarken, damit man die Zeitdifferenzen 
der verschiedenen Empfangsstationen genau ermitteln kann.

Das zugrunde liegende Verfahren nennt sich Hyperbelnavigation und wird 
in verschiedenen Versionen schon seit vielen Jahrzehnten genutzt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Hyperbelnavigation


P.S.:
Der verlinkte Wikipedia-Artikel ist ziemlich schlecht. Z.B. erwähnt er 
nicht, dass das Verfahren bei GPS selbst benutzt wird. Da die Satelliten 
sich ca 24000km über der Erdoberfläche befinden, ergeben sich dabei 
allerdings nicht Linienförmige Hyperbeln als Standlinien, sondern 
hyperbolische  Flächen, die sich irgendwo im Raum schneiden.
Mit einem vierten Satelliten kann man dann auch die Höhe des eigenen 
Standorts bestimmen, der sich ja nicht unbedingt auf der Erdoberfläche 
befinden muss.

: Bearbeitet durch User
Autor: Günter Lenz (Gast)
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Mann kann ja auch noch die Amplitude von mehreren
Empfängern auswerten. Der Empfänger der die größte
Amplitude mißt, wird wohl am dichtesten dran sein.
Ich denke mal, zusammen mit den Laufzeiten wird
sich dann schon ein gutes Modell abbilden lassen.

Autor: Tobias (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Der Empfänger der die größte
> Amplitude mißt, wird wohl am dichtesten dran sein.

...oder hat die größere Empfindlichkeit
...oder hat die bessere Antenne
...oder die Ausrichtung der Antenne zum Blitz hin ist besser
...oder hat das kürzere Antennenkabel
...oder ist durch Hauswände weniger abgeschirmt

Nee, das geht nicht :-)

Autor: Alex S. (Gast)
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Ich würde sagen, der Empfänger mit der frühsten Zeitmarke war am 
dichtesten am Blitz. Alle anderen empfangen zeitverschobene "Kopien", 
die man durch Kreuzkorrelation zuordnen kann.

Autor: Tobias (Gast)
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Alex S. schrieb:
> Ich würde sagen, der Empfänger mit der frühsten Zeitmarke war am
> dichtesten am Blitz. Alle anderen empfangen zeitverschobene "Kopien",
> die man durch Kreuzkorrelation zuordnen kann.

Damit hast du aber auch nur eine Entfernung. Für die Ortung, also 
Lokalisierung braucht es dann noch die Hyperbelnavigation, wie Hp M. 
(nachtmix) schon schrieb.

Autor: Wolfgang A. (Gast)
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Martin S. schrieb:
> Wie?

Mit einer Uhr.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Tobias schrieb:
...oder hat die größere Empfindlichkeit
...oder hat die bessere Antenne
...oder die Ausrichtung der Antenne zum Blitz hin ist besser
...oder hat das kürzere Antennenkabel
...oder ist durch Hauswände weniger abgeschirmt

Das kann man bei den Empfängern durch einstellen der
Verstärkung oder Dämpfung korrigieren. Es gibt Labore,
die haben Meßempfänger, die können Feldstärken zimlich
genau messen. Wenn ich bei mir einen Langwellenempfänger
einschalte, kann ich einen sehr deutlichen Unterschied
feststellen ob das Gewitter weit weg oder nahe ist.

Autor: Thomas W. (Gast)
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Clemens S. schrieb:
> Die erste Aufgabe des LP besteht darin, aufgrund der exakten
> Zeitmarken alle Sensordaten zu gruppieren, die zum selben Blitzschlag
> gehören. Stehen für einen Blitzschlag die Daten von mindestens zwei
> Sensoren zur Verfügung, kann der Einschlagspunkt bestimmt werden.

Das wohl eher nicht. Aus den zwei Zeitpunkten kann man nur eine 
Laufzeitdifferenz bestimmen, weil man den exakten Zeitpunkt des Blitzes 
nicht kennt. Und alle Punkte mit gleicher Laufzeitdifferenz liegen auf 
einer Hyperbel. Erst aus dem Schnitt zweier Hyperbeln ergibt sich ein 
Ort, d.h. i.A. sind drei Empfangszeitpunkte für eine Ortung 
erforderlich.

Autor: Tobias (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Wenn ich bei mir einen Langwellenempfänger
> einschalte, kann ich einen sehr deutlichen Unterschied
> feststellen ob das Gewitter weit weg oder nahe ist.

Wirklich? Kannst du da hören, ob das Gewitter 5km oder 5,5km entfernt 
ist?
Und das reproduzierbar?

Autor: Thomas S. (doschi_)
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Für Blitzortung.org gibt es eine ältere, aber recht gute Beschreibung:
www.blitzortung.org/Documents/TOA_Blitzortung_RED.pdf
(Kapitel 3, 3.3 u.a.)

Nähere Infos:  http://de.blitzortung.org/cover_your_area.php

Abstract von einem Vortrag:
https://www.tngtech.com/en/tng-about-us/bigtechday/big-techday-7/abstracts.html 
("Blitzortung.org - a Community-based Network for Locating Lightning 
Storms")

Autor: Lurchi (Gast)
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Die Stärke des Signals kann man schon nutzen um die Zuordnung zu 
überprüfen, bzw. festzulegen welche Empfänger in der Nähe oder ganz weit 
weg sind. Das hilft auch um zufällig gleichzeitig auftretenden Blitze in 
größerer Entfernung zu trennen. Die ganz schwachen Signal sind halt weit 
weg - die Ignoriert der Empfänger dann schon automatisch.
Die Ausrichtung der Antenne spielt beim Kreuzdipol keine große Rolle - 
das wird über die 2 Signal gerade genutzt für die Richtung. Die Kabel 
spielen in LW/MW Bereich auch noch nicht so die große Rolle. So schlecht 
sollten die Amplitudendaten also nicht sein, wenn bekannte 
Empfängertypen genutzt werden.

Die Empfindlichkeit der einzelnen Stationen könnte das System iterativ 
korrigieren - nach einige Blitzen ist dann bekannt wie Empfindlich die 
einzelnen Stationen im Vergleich zu den Nachbarn sind. Wirklich 
nachmessen müsste man nur einige wenige Stationen, um den Fehler nicht 
zu groß werden zu lassen und eine absolute Skala zu bekommen.

Einige Blitze lassen sich auch gar nicht so genau lokalisieren - so ein 
Blitz hat ja auch einige Ausdehnung und geht nicht immer vertikal noch 
unten. Man hat also keine Punktquellen.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Tobias schrieb:
>Wirklich? Kannst du da hören, ob das Gewitter 5km oder 5,5km entfernt
>ist?
>Und das reproduzierbar?

Das kann ich natürlich nicht, mein Radio ist kein Meßempfänger
und man braucht auch mehrere Empfänger.
Wenn man bei zwei Empfängern die Feldstärke auswertet, kann man
erkennen welcher Empfänger näher drann ist. Je mehr Meßpunkte
es gibt, die man auswerten kann, um so genauer ist das Ergebnis.
Die Amplitude soll ja nur eine zusätzliche Information sein
und nicht die anderen ausschließen.

Autor: Thomas W. (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Die Amplitude soll ja nur eine zusätzliche Information sein
> und nicht die anderen ausschließen.

Wenn die Ereignisse einander zugeordnet sind, ist zusätzlich zur 
Laufzeitdifferenz keine weitere Information erforderlich, um den Ort zu 
bestimmen. Da auch das Signal von einem Blitze aus z.B. 100 Kilometer 
Entfernung nur etwa 0.3ms verzögert ankommt, ist es statistisch nicht 
sehr wahrscheinlich, dass zwei Ereignisse sich nicht eindeutig trennen 
lassen.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Angehängte Dateien:

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Um das mal beispielhaft zu berechnen, habe ich einmal deine Werte 
genommen:

Martin S. schrieb:
> Signal 1: 00:52:34.012.342.300 10°
> Signal 2: 00:52:34.012.343.900 290°

Die Zeitdifferenz beträgt nur 1,6µs ensprechend einer 
Entfernungsdifferenz von 480m.
Wir nehmen einmal an, dass sich Station 1 in Duisburg  befindet, und 
Station 2 im ca. 231km entfernten Hannover.
Die 1,6µs Zeitdifferenz übertreffen die Meßgenauigkeit des Verfahrens, 
und wir können dafür vereinfachend auch 0 annehmen.

Das bedeutet, dass der Blitz gleichweit von den beiden Stationen 
entfernt war, und geometrisch, dass der Blitz irgendwo auf der 
Mittelsenkrechten (ROT) der Verbindungslinie (SCHWARZ) zwischen diesen 
beiden Städten eingeschlagen hat.
Diese Mittelsenkrechte ist ein Spezialfall, bei dem beide Hyperbeln (das 
sind Linien, die überall die gleiche Entfernungs differenz zu zwei 
Punkten haben) zusammenfallen und zu Geraden entartet sind.

Um die Sache nicht zu sehr zu komplizieren (und weil ich nicht weiß, wie 
ich Hyperbeln einzeichnen kann) nehme ich einmal an, dass der Blitz zur 
gleichen Zeit, also um
Signal 3: 00:52:34.012.343.100 wurst°
von einer Station in Köln registriert wurde.

Jetzt ist die Aufgabe sogar überbestimmt, da ich nicht nur eine weitere 
Standlinie bekomme sondern sogar zwei: Die Mittelsenkrechten auf den 
Strecken Duisburg-Köln (GRÜN) und Köln-Hannover (BLAU).

Wie man sieht, schneiden sich alle diese Standlinien etwas nordöstlich 
von Brilon.

An den Zeichnungen ist nichts getürkt, die schwarzen Linien wurden 
direkt eingezeichnet und die Standlinien wurden als Mittelsenkrechte aus 
den Koordinaten der Städte in Pixeln berechnet und entsprechend 
gezeichnet.

Es gibt übrigens ausser dem Sauerland noch ein Gebiet, in dem sich diese 
drei Standlinien schneiden: Es liegt im Südatlantik, mitten im Wasser 
etwa gleich weit von der Antarktis, Feuerland und Südafrika entfernt.
Blitze von dort würden das gleiche Zeitverhalten zeigen, wenn man sie 
denn hier empfangen könnte.

: Bearbeitet durch User
Autor: Martin S. (sirnails)
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Thomas W. schrieb:
> Günter Lenz schrieb:
>> Die Amplitude soll ja nur eine zusätzliche Information sein
>> und nicht die anderen ausschließen.
>
> Wenn die Ereignisse einander zugeordnet sind, ist zusätzlich zur
> Laufzeitdifferenz keine weitere Information erforderlich, um den Ort zu
> bestimmen. Da auch das Signal von einem Blitze aus z.B. 100 Kilometer
> Entfernung nur etwa 0.3ms verzögert ankommt, ist es statistisch nicht
> sehr wahrscheinlich, dass zwei Ereignisse sich nicht eindeutig trennen
> lassen.

Also das würde ich so definitiv nicht unterschreiben. Wir hatten hier 
unten im Süden im Alpenrückstau schon Gewitter mit fast 300km Ausdehnung 
bei denen im Schnitt alle 0,7s ein Blitz runtergekommen ist (gibt auch 
tolle Blitzkarten mit Intervallanzeigen). Bei einer derart hohen Dichte 
von Entladungen ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ereignis nahezu 
gleichzeitig passiert schon sehr hoch.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Kleiner Nachtrag zu der obigen Überlegung der Antipodenkoordinaten von 
Brilon:
Ich habe wohl ein falsches Ergebnis erhalten, indem ich Google Maps 
einfach mit den negativen Koordinaten von Brilon gefüttert habe.
Es gibt im Netz Antipodenrechner und da sieht das so aus:

Autor: Martin S. (sirnails)
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@Hp M.: Erstmal vielen Dank für Deine Antwort. Ich habe das mal grob 
überflogen, verstehe es aber im Detail noch nicht so ganz. Ich glaube, 
ich führe mir das nach der Arbeit mal zu gemüte.

Autor: Thomas W. (Gast)
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Martin S. schrieb:
> Wir hatten hier unten im Süden im Alpenrückstau schon Gewitter mit
> fast 300km Ausdehnung bei denen im Schnitt alle 0,7s ein Blitz
> runtergekommen ist

Jetzt musst du als nächstes die Reichweite deines Empfängers wissen. 
Selbst wenn der alle Blitze im Radius von 300 km erfasst, beträgt dann 
der mittlere Blitzabstand immer noch das 700-fache von der Laufzeit. Da 
sieht es für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei verschiedene Blitze 
innerhalb dieses 1ms Zeitfensters erfasst werden, schon seehr dünne aus.

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Autor: Wolfgang (Gast)
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Thomas W. schrieb:
> Jetzt musst du als nächstes die Reichweite deines Empfängers wissen.

Ein Empfänger hat keine Reichweite, sondern einen Empfindlichkeit.

Autor: Literat (Gast)
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ano  baka schrieb im Beitrag #5717843:
> FÜR DIE, die hier in der zukunft lesen. ich halte
> das für NÜTZLICH. -

OK, aber nur so nützlich wie der Blitz, der Dich beim kxxxen trifft, 
denn Dein Großbuchstabengeschrei ist auch nur peinlich + das Kapern 
alter Threads zurecht unerwünscht - wegen der Laufzeitdifferenz. Oder so 
;-)

Beitrag #5722143 wurde von einem Moderator gelöscht.
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