Position der Satelliten

Allgemeine Fragen zu GPS und verwandten Themen

Moderator: Roland

Dennis
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Position der Satelliten

Beitrag von Dennis » 16.03.2008 - 18:30

Ich grüße euch.

Derzeit plage ich mich etwas mit GPS und speziell der Auswertung der NMEA-Datenstrings herum und hoffe auf eure Hilfe. Ich möchte für eine kleine Applikation nicht nur die aktuelle GPS-Position auf einer Karte anzeigen, sondern auch die Positionen der sichtbaren Sateliten. Meine Position wird mir ja vom GPS-Empfänger als Latitude/Longitude mitgeteilt, soweit also kein Problem.

Verstehe ich es richtig, dass das NMEA-Datenpaket $GPGSV die Positionen der sichtbaren Sateliten enthält? Die Angaben dort sind jedoch in Elevation/Azimuth gegeben, d.h. ich müsste das ganze erst noch umrechnen in Latitude/Longitude. Kann mir jemand erklären, wie ich das mache? Falls ich das ganze falsch verstehe und es mit diesen Angaben gar nicht möglich ist, wäre ich sehr dankbar, falls mir jemand sagen könnte, wie ich denn an die Positionen der Sateliten kommen kann.

Vielen Dank im Vorraus,
Dennis.

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Jörn Weber
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Re: Position der Sateliten

Beitrag von Jörn Weber » 16.03.2008 - 19:48

Dennis hat geschrieben: Derzeit plage ich mich etwas mit GPS und speziell der Auswertung der NMEA-Datenstrings herum und hoffe auf eure Hilfe. Ich möchte für eine kleine Applikation nicht nur die aktuelle GPS-Position auf einer Karte anzeigen, sondern auch die Positionen der sichtbaren Sateliten.
Das einzige was machbar ist, ist die Darstellung der Orte in einer Weltkarte über denen sich die Satelliten befinden.
Verstehe ich es richtig, dass das NMEA-Datenpaket $GPGSV die Positionen der sichtbaren Sateliten enthält? Die Angaben dort sind jedoch in Elevation/Azimuth gegeben,
Ja.
d.h. ich müsste das ganze erst noch umrechnen in Latitude/Longitude.
Nein. Du kannst nur die Richtung zum Satelliten, aber nicht seine Entfernung zwischen deinem Empfänger und dem Satelliten diesen Daten entnehmen.
Kann mir jemand erklären, wie ich das mache?
Nein, dein Ansatz zur Lösung des Problems ist fehlerhaft.
Falls ich das ganze falsch verstehe und es mit diesen Angaben gar nicht möglich ist, wäre ich sehr dankbar, falls mir jemand sagen könnte, wie ich denn an die Positionen der Sateliten kommen kann.
Du benötigst die Daten aus dem Almanach oder die Ephemeriden des GPS-Empfänger. Leider wird der dazu erforderliche NMEA-Datensatz GPALM von kaum einem Empfänger unterstützt. Daher lässt sich das Problem nur lösen, in dem man die binären Protokolle der einzelnen Hersteller zum Auslesen des Almanach verwendet. Anhand dieser Daten kann man dann durch astronomisch-mathematische Berechnungen den Ort in einer Karte ausrechnen, über dem sich der Satellit befindet. Aber auch das ist eine recht Anspruchsvolle Aufgabe und einer Ingenieursarbeit würdig und hier nicht mit wenigen Worten zu erläutern.

Gruss Joern Weber

Deichgraf
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Re: Position der Sateliten

Beitrag von Deichgraf » 16.03.2008 - 19:55

Hi, Dennis,
mit einem Programm wie VisualGPS oder U-Center von U-Blox kannst Du die Satellitenbahnen aufzeichnen lassen, in einer Sky-View kannst Du die Satelliten betrachten, und Du kannst auch die Satellitenbahnen aufzeichnen lassen.

In Visual-GPS kann z.B. ein NMEA-Log abgespielt werden.

Die Programme sind Freeware.

Gruß
Günther

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Roland
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Re: Position der Sateliten

Beitrag von Roland » 16.03.2008 - 20:02

Hallo,

nach der Liste der Forumsgäste war mir klar, dass ich mich beeilen muss - trotzdem war Jörn schneller.

Hm, eigentlich ist es die Transformation vom topozentrischen ins geographische System. Mundgerechte Formeln finde ich im Moment nicht. Sind Dir Drehmatrizen vertraut oder ein Gräuel (ist mir ein Greuel) ?
Ich überblicke im Moment nicht, ob die Lösung ohne den fehlenden Abstand Beobachter-Satellit möglich ist.
Der Radius Erdzentrum-Satellit kann genähert als 26600 km angenommen werden.

Grüße Roland

Dennis
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Re: Position der Sateliten

Beitrag von Dennis » 16.03.2008 - 20:05

Hallo Jörg,

vielen Dank für Deine schnelle Antwort. Zumindest weiß ich nun, dass das Problem nicht so trivial ist wie ich dachte.
Kannst Du mir sagen, worauf sich die entsprechenden Winkel beziehen? Sind die Winkel relativ zur gemeldeten GPS-Position zu verstehen? Oder beziehen sie sich auf einen festen Bezugspunkt? Ich finde zu diesem Thema leider nichts im Internet, daher wäre ich über jede Information dankbar...

Du schreibst, es wäre möglich die Orte in einer Weltkarte darzustellen, über denen sich die Satelliten befinden. Wie würde man das machen? Ich denke, genau das brauche ich.

Vlt noch ein wenig Hintergrundinformation um das Problem besser zu verstehen:
Ich entwickle gerade eine Software, die GPS Informationen verwendet um Informationen aus einer digitalen Strassenkarte anzuzeigen. Die Applikation soll nun die eigene GPS-Position und die Position der verwendeten Satelliten anzeigen. Ich kenne mich durchaus mathematisch aus und kann zwischen verschiedenen Bezugssystemen hin un herrechnen... leider weiß ich nicht, wie ich die entsprechenden Informationen zu interpretieren habe.

Dennis
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Re: Position der Sateliten

Beitrag von Dennis » 16.03.2008 - 20:07

Roland hat geschrieben: Sind Dir Drehmatrizen vertraut oder ein Greuel ?
Grüße Roland
Formel sind kein Problem, damit käme ich auch zurecht.

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Roland
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von Roland » 16.03.2008 - 20:23

Hallo,

also ich hab' die Formeln jetzt nicht überprüft

http://tau.fesg.tu-muenchen.de/~iapg/we ... ift_BS.pdf S. 33.

Frage: ist der Radius wichtig.
Ich hoffe, die Nacht fällt mir aus der sphärischen Trigonometrie nochwas Anschauliches ein ...

Grüße Roland

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Jörn Weber
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Re: Position der Sateliten

Beitrag von Jörn Weber » 16.03.2008 - 21:38

Dennis hat geschrieben:Hallo Jörg,
Wer?
Kannst Du mir sagen, worauf sich die entsprechenden Winkel beziehen?
Winkelhöhe über dem Horizont.
Sind die Winkel relativ zur gemeldeten GPS-Position zu verstehen?
Ja, die Empfänger entscheiden anhand dieser Winkel, ob ein Satellit hoch genug am Himmel steht und somit empfangswürdig ist.

Oder beziehen sie sich auf einen festen Bezugspunkt? Ich finde zu diesem Thema leider nichts im Internet, daher wäre ich über jede Information dankbar...
Du schreibst, es wäre möglich die Orte in einer Weltkarte darzustellen, über denen sich die Satelliten befinden. Wie würde man das machen? Ich denke, genau das brauche ich.
Lese meinen Betrag noch mal, das Prinzip hatte ich beschrieben. Die details musst Du dir schon selber erarbeiten, da sie niemand in der Schublade liegen hat. Hast Du schon mal die Weltkarte in der russischen oder amerikanischen Bodenleitstelle gesehen? Genauso muss deine Karte ausschauen.
Die Applikation soll nun die eigene GPS-Position und die Position der verwendeten Satelliten anzeigen.
Wenn die Anzeige relativ zum Beobachter ausreichend ist, reichen Himmelsrichtung und Winkelhöhe über dem Horizont aus. Den Punkt über dem Beobachter kann man als Nullpunkt in einem Polarkoordinatensystem (das hat nichts mit den geografischen Polen zu tun) darstellen. Den Horizont nimmt als Rand des Polarkoordinatensystem an. Den Bereich dazwischen teilt man in 90° auf.
Ich kenne mich durchaus mathematisch aus und kann zwischen verschiedenen Bezugssystemen hin un herrechnen... leider weiß ich nicht, wie ich die entsprechenden Informationen zu interpretieren habe.
Na dann sollte ja ein Polarkoordinatensystem wie das des $GPGSV Datensatzes kein Thema sein. :?:

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Jörn Weber
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von Jörn Weber » 16.03.2008 - 21:44

Roland hat geschrieben: Frage: ist der Radius wichtig.
Ja. Und die Satelliten umlaufen die Erde nicht in Kreisbahnen, so das man auch ihre durchschnittliche Bahnhalbachse nicht mit heran ziehen kann.
Ich hoffe, die Nacht fällt mir aus der sphärischen Trigonometrie nochwas Anschauliches ein ...
Nein, dir wird nichts brauchbares einfallen. :twisted: Zur Bestimmung der absoluten Position eines Punktes in einem Raum sind nach Euklid immer drei Dimensionen erforderlich.

Gruss Joern Weber

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KoenigDickBauch
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von KoenigDickBauch » 16.03.2008 - 23:38

Jörn Weber hat geschrieben:Nein, dir wird nichts brauchbares einfallen. :twisted: Zur Bestimmung der absoluten Position eines Punktes in einem Raum sind nach Euklid immer drei Dimensionen erforderlich.
Und da wir uns in einem Bewegten Koordinatensystem sind noch die Zeit. :wink:

Gruß
Thomas

Dennis
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von Dennis » 17.03.2008 - 00:02

Vielen Dank für eure erklärenden Worte, ich sehe jetzt etwas klarer.

Ich überlege gerade, ob man es vielleicht doch zumindest näherungsweise hinkriegen kann, und zwar so:

Ausgehend von der aktuellen GPS-Position erzeuge ich einen Sichtstrahl, der in die im Datensatz gemeldete Richtung läuft. Dazu denke ich mir eine Kugel um die Erde mit dem Radius 26600km (siehe Rolands Beitrag). Der Schnittpunkt aus beiden wäre dann doch (zumindest ungefähr) die Satellitenposition, oder? Diese brauche ich dann ja nur noch wieder auf die Erde projezieren und fertig. Das ganze geht natürlich nicht mehr, wenn die Distanz zwischen Erdmittelpunkt und Satelliten signifikant schwankt...
Ich könnte bei der ganzen Geschichte durchaus mit Ungenauigkeiten im 100km Bereich leben, es geht nur um eine Anzeige im Display. Das ganze relativ zum Betrachter anzuzeigen ist natürlich kein Problem, aber hier leider nicht gewünscht.

Eine andere Idee: Die Bahnen der Satelliten sind doch irgendwo festgelegt... auch wenn sie zwar regelmässig von diesen Bahnen abweichen so kann ich doch trotzdem die Position über diese Bahnkurven berechnen, oder? Weiß jemand, wo ich entsprechendes Material finde?

P.S.:
Entschuldige, Jörn... ich brauche wohl eine Brille (oder eine größere Schriftart)

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Roland
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von Roland » 17.03.2008 - 07:52

Hallo,

"Den Seinen gibt's der Herr im Schlaf".

In dem Dreieck Erdzentrum-Beobachter-Satellit wären Erdradius, Satellitenradius und Richtungswinkel beim Beobachter gegeben. Der fehlende Radius ist somit nach Regeln der ebenen Trigonometrie berechenbar.

Annahmen:

$GPGSV gibt die Richtungen auf Grad, eine Satellitenposition wäre damit auf ca. 300 km genau.
Die ohnehin nur minimal exzentrischen GPS-Orbits können erstmal als Kreisbahnen angenähert werden.
Die Erde kann auch als Kugel angenommen werden.
Fußpunktgenauigkeit so bei 50-100 km ?

Als ernsthafter Programmentwickler sollte man wenigstens ein Beispiel mit exakten Orbits durchrechnen.
Das macht Dennis am Nachmittag . :wink:

Ja, die Ephemeriden gibt's irgendwo.

(Hoffentlich bereue ich meine Aussagen nicht in einer Stunde ...)


Grüße Roland

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jekyll_wolf
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von jekyll_wolf » 17.03.2008 - 14:01

Dennis hat geschrieben:....Ich möchte für eine kleine Applikation nicht nur die aktuelle GPS-Position auf einer Karte anzeigen, sondern auch die Positionen der sichtbaren Sateliten....
Bei den ganzen technischen Betrachtungen, sei die Frage erlaubt, warum der "Schatten" der Satelliten auf einer Strassenkarte erscheinen soll. Bei etwa sechs bis acht Satelliten, welche zeitgleich an einem Ort der Erde zur Positionsbestimmung genutzt werden, befinden sich einige davon irgendwo knapp über dem Horizont, deren Ort auf die Erdoberfläche projeziert befindet sich dann sicherlich ausserhalb einer Straßenkarte, welche geeignet ist zusätzlich noch den aktuellen Standort auf einer Straße erkennbar anzuzeigen. Bleiben zwei oder drei Satelliten, welche sich mehr oder weniger oberhalb des Aufenthaltortes befinden, deren Projektion liegt aber auch weit verstreut in der Landschaft.
So lässt sich nur knapp die Hälfte der zur Positionsbestimmung genutzten Satellitenstandorte auf einer Strassenkarte anzeigen, wen macht das glücklich ?

Gruß
Wolfgang

macnetz
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von macnetz » 17.03.2008 - 15:16

jekyll_wolf hat geschrieben:
Dennis hat geschrieben:....Ich möchte für eine kleine Applikation nicht nur die aktuelle GPS-Position auf einer Karte anzeigen, sondern auch die Positionen der sichtbaren Sateliten....
... wen macht das glücklich ?
Hallo,

das ist auch meine Frage . . .
Interessant ist die Position der Satelliten nur in Bezug auf den Empfänger - nicht als Schatten auf einer Strassenkarte.
Eben so wie es jedes Standard-GPS-Programm anzeigt mit den von Jörn geschilderten Kreisen.

Grüsse - Anton

Deichgraf
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Re: Position der Satelliten

Beitrag von Deichgraf » 17.03.2008 - 15:28

Hi, Wolfgang,

hier geht es um "Achtung Techtalk! Keine Antworten ....... zu Trivialfragen"

Ich habe leider zu spät mitbekommen, dass Dennis so etwas programmieren möchte, ich dachte, es ginge ihm nur um die Auswertung eines NMEA-Logs. Aber das wäre ja wirklich zu trivial. :wink:

Gruß
Günther

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