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Forum: HF, Funk und Felder GPS in der Höhle


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Autor: Andreas M. (andreas_m62)
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Hier ein typisches Freitagsthema:

Mal angenommen, man geht mit einem Navi in eine Höhle.
Die GPS-Antenne bleibt draußen und ist mit einem Antennenkabel
mit dem Navi verbunden.
Damit wird eigentlich die Laufzeit der Zeitimpulse verlängert
und im Richtungsvektor umgelenkt.

Welchen Standort zeigt jetzt das Navi an?

Den von der GPS-Antenne vor der Höhle?
Den vom Navi in der Höhle?
Einen anderen Standort, weil die Zeitimpulse aus verschiedenen
Richtungen eintreffen, dann aber gemeinsam in einer anderen Richtung
in die Höhle zum Navi geleitet werden?

Autor: Helmut -. (dc3yc)
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Jedes Navi zeigt immer den Standort der Antenne an, egal wie lange das 
Antennenkabel ist, denn die längere Laufzeit ist für alle 
Satellitensignela gleich.
Deswegen funktioniert auch die Genauigkeitsverbesserung mit DGPS, da 
dieser Korrekturempfänger immer an der gleichen Stelle ist und sich 
deswegen die atmosphärischen Differenzen herausrechnen lassen.

Autor: MeierKurt (Gast)
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Andreas M. schrieb:
> Den von der GPS-Antenne vor der Höhle?

Was sonst? Die Laufzeiten, die durchs Kabel auftreten sind ja für alle 
Signale gleich.

Autor: stjbfejiotfjtr (Gast)
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Dann aber tiefer, oder? Also Z - zusätzliche Laufzeit.

Autor: Markus (Gast)
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Das System ist relativ, es gibt keine fixe absolute Zeit! Frag mal 
Einstein...

Autor: Dennis Restle (Gast)
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GPS erkennt die Position anhand der Unterschiede der Laufzeiten zwischen 
den Signalen.
Ein absoluter Zeitgeber im GPS-Gerät der die geforderte Genauigkeit hat 
wäre unverhältnismäßig teuer.

Wenn am Eingang eine Antenne ist und dieses Signal 1:1 weiter reicht 
wird in der Höle von den Empfängern das gleiche Signal empfangen als 
wenn sie am Eingang bei der Antenne stehen.

Die Verlängerte Laufzeit spielt dabei keine Rolle, GPS errechnet die GPS 
Zeit anhand der Zeitdifferenz zwischen den Signalen. Die ist in dem 
weitergereichten Signal identisch wie am Eingang.

Deshalb braucht man auch mindestens immer 4 Signale von 4 Verschiedenen 
Sateliten.

Autor: Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite
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Die Uhr auf dem Gerät wird ein paar Nanosekunden nachgehen!

Gruss Chregu

Autor: Marek N. (bruderm)
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Dennis Restle schrieb:
> Deshalb braucht man auch mindestens immer 4 Signale von 4 Verschiedenen
> Sateliten.

Es reichen 3 Sats für 2D-Fix und >=4 Sats für 3D-Fix.

Autor: A. S. (achs)
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Christian M. schrieb:
> Die Uhr auf dem Gerät wird ein paar Nanosekunden nachgehen!

Nein. Es zeigt die Ortszeit der Antenne.

(Unter der vereinfachten Annahme, das Kabel ist direkt und dessen 
Laufzeit c)

Autor: Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite
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A. S. schrieb:
> Nein. Es zeigt die Ortszeit der Antenne.

Echt!? DAS kann ich mir jetzt aber nicht vorstellen! Stimmt das 
wirklich?

Gruss Chregu

Autor: Helmut -. (dc3yc)
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A. S. schrieb:
> Nein. Es zeigt die Ortszeit der Antenne.

Das stimmt nicht. Denn du kannst auch bei vielen Empfängern die Länge 
des Antennenkabels angeben und dann wird die Laufzeit mit 
hineingerechnet. Das ist z.B. beim Sekundenpuls wichtig. Der wird dann 
entsprechend angepasst.

Autor: Tim (Gast)
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Christian M. schrieb:
> Echt!? DAS kann ich mir jetzt aber nicht vorstellen! Stimmt das
> wirklich?

Erscheint mir logisch. Wenn ich 2 baugleiche GPS-Empfänger habe, einen 
vor der Höhle und einen in der Höhle, dann berechnen zwar beide die 
identische Uhrzeit aus den empfangenen Telegrammen, aber durch die etwas 
längere Signallaufzeit zum GPS-Empfänger in der Höhle wird dessen Uhr 
etwas später auf die eigentlich indentische GPS-Zeit "synchronisiert" 
und geht damit "nach".

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Tim schrieb:

> Wenn ich 2 baugleiche GPS-Empfänger habe, einen
> vor der Höhle und einen in der Höhle, dann berechnen zwar beide die
> identische Uhrzeit aus den empfangenen Telegrammen, aber durch die etwas
> längere Signallaufzeit zum GPS-Empfänger in der Höhle wird dessen Uhr
> etwas später auf die eigentlich indentische GPS-Zeit "synchronisiert"
> und geht damit "nach".

Dem TE gehts wohl nicht um die genaue Uhrzeit,
sondern um den genauen Standort.

Autor: A. S. (achs)
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Zur Ortszeit: Es gibt das DCF77-Signal. Sagen wir, mit einer eindeutigen 
Flanke ist es genau 12°° auf eine ns genau, zumindest an dem Sender.

A) Wie nennt man die Zeit, wenn das Signal an einem Empfänger 100km 
entfernt ankommt? Hier kann man gut direkte Ausbreitung annehmen.

B) Jetzt wird das Flankensignal von der Antenne nochmals Koaxkabel 100m 
zum Empfänger geführt. Welche Zeit hat man da?

Die Antwort auf Frage A) gilt analog für Frage B)

Autor: Jemand (Gast)
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A. S. schrieb:
> A) Wie nennt man die Zeit, wenn das Signal an einem Empfänger 100km
> entfernt ankommt? Hier kann man gut direkte Ausbreitung annehmen.

Tatsächliche Zeit minus ca. 334 μs

> B) Jetzt wird das Flankensignal von der Antenne nochmals Koaxkabel 100m
> zum Empfänger geführt. Welche Zeit hat man da?

Tatsächliche Zeit minus ca. (334 μs + 500 ns)

Autor: Andreas M. (andreas_m62)
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Mir ist immer noch unklar, warum das durch das Koaxkabel verzögerte
GPS-Signal nicht auch einem anderen Standort entspricht.
GPS arbeitet doch nicht mit sichtbarer räumlicher Triangulation.
Es wird doch alles mit einer einfachen Antenne empfangen.
Die Impulse treffen ausschließlich zeitlich versetzt ein.

Wenn man 3 Laufzeiten von 300, 350 und 400 µs an der Antenne hat
entspricht das doch einem anderen Standort,
als wenn noch die Nanosekunden durch das Koaxkabel dazukommen.
Das wären dann z.Bsp. 300.5, 350.5 und 400.5 µs

Wenn ich an der frischen Luft 100m weiter gehe, verzögern sich die 
Impulse doch auch, oder?

: Bearbeitet durch User
Autor: A. S. (achs)
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Andreas M. schrieb:
> Wenn ich an der frischen Luft 100m weiter gehe, verzögern sich die
> Impulse doch auch, oder?

Ja, aber je nach dem gebildeten Dreieck anders (*). Manche Signale 
kommen später, andere kommen früher, werden also "negativ verzögert".

(*) Dreieck aus Satellit, Alte Position, neuen Position.

Autor: Andreas M. (andreas_m62)
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Was ist bei einer Übertragung durch Luft anders,
als bei einer Übertragung durch Koaxkabel?
Es erfolgt doch bei beiden eine Verzögerung.

Gehe ich 100m an der Oberfläche weiter, treffen die Impulse anders ein 
und ich bekomme einen anderen Standort als den Höhleneingang abgezeigt.
Verlängere ich das Signal mit Koax 100m in die Höhle,
dann soll dort der Standort der Antenne vor der Höhle angezeigt werden?
Aber diese Impulslaufzeiten werden doch auch verändert und müßten einem
anderen Standort entsprechen.

???

Autor: Jemand (Gast)
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Andreas M. schrieb:
> Aber diese Impulslaufzeiten werden doch auch verändert

Die Laufzeiten ändern sich eben nicht relativ zueinander.

Autor: test (Gast)
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Anders betrachtet... Du zeichnest die Funkwellen an Ort A um 12:00 auf. 
Dann gehst du in einen abgeschirmten Raum an Ort B und spielst sie ab. 
Der GPS Empfänger sagt dir natürlich das du an Ort A bist und das es 
12:00 ist.

Autor: Andreas M. (andreas_m62)
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Damit hast du die Empfangsverhältnisse nur konserviert,
aber nicht wirklich im Auswertungsort verändert.

: Bearbeitet durch User
Autor: test (Gast)
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Andreas M. schrieb:
> Damit hast du die Empfangsverhältnisse nur konserviert,

Ich habe sie damit mit Verzögerung an einem anderen Ort wiedergegeben. 
Genau das selbe macht das Kabel mit der entfernten Antenne.

Andreas M. schrieb:
> aber nicht wirklich im Empfangsort verändert.

Die Antenne und das Kabel verändern die Signale nicht. Das Kabel 
transportiert sie nur zu einem anderen Ort wo sie dann etwas später 
unverändert eintreffen.

Autor: Achim H. (anymouse)
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Andreas M. schrieb:
> Mir ist immer noch unklar, warum das durch das Koaxkabel verzögerte
> GPS-Signal nicht auch einem anderen Standort entspricht.
> GPS arbeitet doch nicht mit sichtbarer räumlicher Triangulation.
> Es wird doch alles mit einer einfachen Antenne empfangen.
> Die Impulse treffen ausschließlich zeitlich versetzt ein.
>
> Wenn man 3 Laufzeiten von 300, 350 und 400 µs an der Antenne hat
> entspricht das doch einem anderen Standort,
> als wenn noch die Nanosekunden durch das Koaxkabel dazukommen.
> Das wären dann z.Bsp. 300.5, 350.5 und 400.5 µs
>

Der Empfänger sieht aber nicht die absoluten Dauern von 300us etc., 
sondern nur die Differenzen. Die Auswerteeinheit kommt darauf, dass es 
nur dann eine Lösung mit diesen drei Satelliten gibt, wenn es als 
Laufzeit die 300us annimmt. Das Kabel ändert daran nichts.

100m weiter sind es dann nicht einfach nur überall mehr, sondern 
vielleicht 301us, 350us und 399us.

Autor: Egon D. (egon_d)
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Andreas M. schrieb:

> Was ist bei einer Übertragung durch Luft anders,
> als bei einer Übertragung durch Koaxkabel?
> Es erfolgt doch bei beiden eine Verzögerung.

Nein.

Beim Kabel werden alle Signale gleichmäßig
verzögert.

Du kannst aber an der Luft nicht so gehen, dass
ALLE empfangenen Signale gleichmäßig verzögert
werden.
Das geht deshalb nicht, weil die Satelliten räumlich
verteilt sind -- und das ist ja Absicht.


> Gehe ich 100m an der Oberfläche weiter, treffen
> die Impulse anders ein und ich bekomme einen
> anderen Standort als den Höhleneingang abgezeigt.

Stelle Dir einen Satelliten im Zenit und einen kurz
vor dem Untergehen vor.
Wenn Du Deinen Standort änderst, ändert sich die
Laufzeit des Signals aus dem Zenit (in erster Näherung)
überhaupt nicht, während das vom Horizont sich in
voller Größe verändert.

> Verlängere ich das Signal mit Koax 100m in die
> Höhle, dann soll dort der Standort der Antenne
> vor der Höhle angezeigt werden?

Richtig.

Es ist nämlich völlig egal, ob das Signal vom
Zenit oder vom Horizont stammt -- es wird IMMER
durch die Kabellaufzeit verzögert. JEDES Signal.


> Aber diese Impulslaufzeiten werden doch auch
> verändert

Ja.


> und müßten einem anderen Standort entsprechen.

Nein: Weil der durchschnittliche Benutzer des
GPS-Systems nicht ständig eine Atomuhr mit sich
herumtragen will, wird die Position ausschließlich
aus den gemessenen Laufzeit- DIFFERENZEN bestimmt.

Die Differenzen ändern sich aber nicht, wenn man
einen konstanten Offset auf alle Signale addiert!

Nochmal ganz scharf: Es ist bei (mehr als) vier
Satelliten, die nicht alle in einer Ebene stehen,
UNMÖGLICH, durch Ortsveränderung im Raum ALLE
SIGNALE GLEICHMÄSSIG zu verändern. DAS GEHT NICHT.

Der GPS-Empfänger weiss NICHT, wie lange die Signale
ABSOLUT gelaufen sind. Er kennt NUR die Laufzeit-
unterschiede.
Die Laufzeitunterschiede ändern sich aber nicht,
wenn ALLE Signale gleichmäßig verzögert werden.

Autor: Arno K. (radiosonde)
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Natürlich zeigt das ganze den Standort der Antenne!
(Von irgendwelchen Nanosekundenquentenfluxeffekten mal abgesehen, so 
genau wie ihr diskutiert kann ich gar nicht gehen:)

Ist ja eigentlich klar, wenn die Antenne draußen ist und du 10m davon 
entfernt, in der Höhle, hältst du zwar 90m Kabel in der Hand aber deine 
Position ist anders als wenn du 90m von der Antenne wegstehst und nur 
mehr 10m Kabel in der Hand hältst.
Die Laufzeit in diesem 100m Kabel ist immer gleich.

LG

Autor: Ichsagsdirned (Gast)
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Was für eine doofe Frage. Hör doch einfach auf zu tippen und überleg 
selbst mal für eine Minute.

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