Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Allgemeine Fragen zu GPS und verwandten Themen

Moderator: Roland

Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Tobi » 27.10.2013 - 13:10

Hallo Leute,

im Rahmen einer Projektarbeit an meiner Uni, beschäftige ich mich mit der Thematik, wie man die Genauigkeit von GPS erhöhen kann.
http://www.spatial-ed.com/gps/gps-basics/135-differential-correction-methods.html listet folgende Methoden zur Erhöhung der Genauigkeit:

    Satellite-based augemantation system
    Beacon
    Eigene Referenzstation
    Post-Processing (z.B. Real Time Kinematics)

auf der Suche nach Literatur, um die Aufbauten und Funktionsweisen dieser Systeme zu verstehen und näher erläutern zu können, blieb fast erfolglos.
Das einzig Interessante Buch ist "Satelittenortung und Navigation" von Werner Mansfeld. Habe auch schon verschiedene Online-Quellen, wie IEEE und Springer durchsucht, aber nur Informationen auf spezifische Problematiken gefunden und keine Grundlagen Erklärungen.

Weiterhin soll diese Projektarbeit zeigen, welche GPS-Empfänger (z.B. uBlox LEA6T) + Antennen und welche Methode unter Berücksichtigung des Kostenaspekts angewendet werden kann, um die Genauigigkeit in einen Bereich < 0,5m zu kommen. Hierzu habe ich bereits mehrere Themen zum Low-Cost-Aufbau mit RTKLib hier im Forum gefunden. Gibt es Antennen, welche auch für UAV's geeignet sind?

Vielen Dank für Eure Unterstützung.

Gruß,

Tobias
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Hagen.Felix » 27.10.2013 - 18:48

Moin Tobias,
und willkommen hier im Forum!

Im Gegensatz zu mancherlei Neulingen, die uns hier mit Links zu Druckertoner beglücken, bis Du mit Deinem Thema hier sicherlich völlig richtig. :mrgreen:

Ein erster kleiner Literaturhinweis:
http://www.zogg-jm.ch/weitere_publikationen.html

Als ein durchaus empfehlenswerter Einstieg und Rundumblick in die Materie darin v.a. das Kompendium "GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten".

Früher oder später wirst Du dann wohl auch noch der RTKLIB begegnen, das lässt sich heuzutage irgendwie kaum noch vermeiden. :wink:

Bis später,
Hagen
Gewerbliche Tätigkeit u.a. im Bereich GNSS (siehe https://www.optimalsystem.de/os.aspx?x=411)
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Taurus » 28.10.2013 - 17:53

Tobi hat geschrieben:im Rahmen einer Projektarbeit an meiner Uni, beschäftige ich mich mit der Thematik, wie man die Genauigkeit von GPS erhöhen kann.
http://www.spatial-ed.com/gps/gps-basic ... thods.html listet folgende Methoden zur Erhöhung der Genauigkeit:

Satellite-based augemantation system
Beacon
Eigene Referenzstation
Post-Processing (z.B. Real Time Kinematics)


...und ich ergänze dazu noch "Atmosphären-Modelle"

Genauigkeitssteigerung bei GNSS heißt nix anderes als eleminiere die Fehler die in der Atmosphäre entstehen.
Das geht am einfachsten wenn du ein passendes Modell hast was zur Atmosphäre passt.
Ein Beispiel: Das Ionosphären-Modell von Klobuchar (http://www.navipedia.net/index.php/Klobuchar_Ionospheric_Model
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Roland » 29.10.2013 - 12:37

Hallo,

da trau ich mit doch mal ein paar Fingerübungen.
Tobias sollte vielleicht andeuten, aus welcher Fachrichtung der Wind weht, da kann man abwägen, ob es mehr in die Tiefe oder in die Breite gehen soll.
Und geht es darum "die Genauigkeit von GPS" allgemein zu erhöhen oder speziell um DGPS .

Nach DGPS habe ich mal im Regal gestöbert, da roch das eine oder andere noch ganz frisch und unbenutzt ...
In Seebers "Satellite Geodesy" steht z.B. auch was.

Wie von Taurus angedeutet, kann aber auch an Algorithmen noch gewerkelt werden. Fand z. B.
von Wanninger
was zu Netzwerkkonzepten, ok aus 2004.

Oder dampft alles auf die Steuerung von UAVs ein (scheinbar der Boomsektor).

Grüße Roland
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Tobi » 29.10.2013 - 18:16

Hallo,

erstmal Danke für die ganzen Rückmeldungen.

Erstmal um das Thema noch klar abzustecken. Die Signale, welche durch ein einfaches GPS-Modul geliefert werden, sind zu ungenau /fehlerbehaftet. Ich habe bereits mit 2 handelsüblichen Empfänger Daten aufgezeichnet und große Abweichungen von ~10m (Ausreißer bis 30m) festgestellt. Eigentlich wollte ich diese nutzen um eine eigene Referenzstation aufzubauen. Quelle http://www.oreillynet.com/pub/a/wireles ... o_gps.html untermauert, dass der naive Ansatz so nicht funktioniert . Deswegen soll eine alternative gefunden werden, weshalb die unterschiedlichen Methoden hinterleuchtet werden sollen.

Ich studiere Informatik und benötige diese Informationen für eine Projektarbeit mit einem Umfang von ~20 Seiten. Daher ist es mir nicht möglich alle Themen im Detail zu durchleuchten. Somit fällt vorerst auch die Optimierung von Algorithmen raus, da sowas wohl den Umfang sprengen würde und mir schlichtweg das nötige Hintergrundwissen fehlt. Ich tue mich mit dem Gebiet Signalverarbeitung und den daraus resultierenden Formeln etwas schwer.

Ich möchte einen groben Überblick über die genannten Themen geben, um eine Empfehlung zu geben mit welcher Möglichkeit unter Berücksichtigung der Kosten und dem Aufwand ein solches System aufgebaut werden kann.

Ich habe morgen etwas freie Zeit und werde erst mal in der Literatur stöbern.

PS: Eigentliches Ziel war es einen Quadrocopter über GPS-Signale einem beweglichen Objekt zu folgen.
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Taurus » 30.10.2013 - 08:00

Tobi hat geschrieben:Quelle http://www.oreillynet.com/pub/a/wireles ... o_gps.html untermauert, dass der naive Ansatz so nicht funktioniert .


Yoahein... die Quelle sagt dir ziemlich gut welche Bedingungen du erfüllen musst um die Wahrscheinlichkeit das es funktioniert zu erhöhen! Leider fehlt die wichtigste Vorraussetzung, was mich bei O'Reilly echt wundert. Sonst bin ich ein großer O'Reilly-Freund, aber irgendwie scheint mir das Qualitätsmanagement bei deren Autoren in letzter Zeit nachzulassen. :cry:

Roland hat geschrieben:Ich tue mich mit dem Gebiet Signalverarbeitung und den daraus resultierenden Formeln etwas schwer.

An der Uni habe ich Signalverarbeitung gehasst!!! Abgrundtief!!! Das ist für mich wie Alchemie... einen Wolllappen am Stein reiben und auf einmal erscheint ein Klumpen Gold :twisted:
Aber ich kann dich beruhigen... Du brauchst kein Wissen von Signalverarbeitung um die DGPS-Materie zu verstehen! Und um damit zu rechnen auch nicht!

Roland hat geschrieben:Ich möchte einen groben Überblick über die genannten Themen geben, um eine Empfehlung zu geben mit welcher Möglichkeit unter Berücksichtigung der Kosten und dem Aufwand ein solches System aufgebaut werden kann.

Vorschlag: Erklär GPS, und geh besonders auf die Fehlereinflüße ein. Wenn du dich da auf Multipath, Ionosphäre und Troposphäre beschränkst, hast du schon 98% des Gesamtfehlers erklärt. Und dann schau mit welchen Techniken, welcher Fehlereinfluß bekämpft wird.
DGPS hilft dir beispielsweise garnicht gegen Multipath, dafür aber super gegen Ionosphären- und Troposphärenfehler.

Wo studierst du denn? (Kannst auch per PN antworten, falls dir das Forum zu offen ist.)

Taurus
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Roland » 03.11.2013 - 13:40

Hallo,

das soll ich alles gesagt haben ...

Ich habe bisher vergeblich versucht, hier den alten Thread über Quadrocopter/Mikrocopter wiederzufinden.
Hm, interessiert das ?
Futurelab Linz - Klangwolke

Tobi hat geschrieben:Eigentliches Ziel war es einen Quadrocopter über GPS-Signale einem beweglichen Objekt zu folgen

Da wäre zu klären, wo das Optimum der Positionierung liegt: evtl. doch schneller und ungenauer ?

Und das 'bewegliche Objekt' ist hoffentlich kein bärtiger Turbanträger 8)

Grüße Roland
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Tobi » 03.11.2013 - 21:45

@ Taraus:
Danke für den Tipp. Bin erst mal mit Büchern für die ganzen Fehlerquellen ausgerüstet und habe auch was über SBAS und das eigentliche DGPS gefunden, was ich erst mal verarbeiten werde.

@ Roland:
Danke für den Link. Ob ich noch dazu kommen werde ein solches System für einen Quadrocopter einzusetzen ist fragwürdig.
Natürlich soll keinen Turbanträgern gefolgt werden ;). War als simple Follow-Me Funktion gedacht (oder auch als Haustier für den Informatikers/Elektrotechniker :D)

Grüße,

Tobias
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Deichgraf » 05.11.2013 - 01:37

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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Roland » 08.11.2013 - 12:01

Hallo,

nichts Wesentliches, aber ich grüble immer noch, ob beim Verfolgen nicht eine schnelle, wenn auch ungenauere Position einer genaueren, aber aufwändigeren Positionslösung vorzuziehen wäre.
Aber ich stecke in den Berechnungen nicht so drin.

Grüße Roland
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Tobi » 05.12.2013 - 20:49

Hallo Leute,

mittlerweile ist meine Ausarbeitung um einiges gewachsen. In Grundlagen bin ich detailliert auf die Positionsbestimmung per Pseudoranges eingegangen(mathematisch) und habe noch vor auf Trägerphasenmessungen einzugehen (schematisch oder mathematisch). Weiterhin habe ich die Fehlereinflüsse (Uhrzeit, Atmosphäre, Mehrwegeausbreitung, Empfängerrauschen, Ephemeres) aufgezeigt und Grundlagen zu DGPS erläutert. Des Weiteren habe ich die differenziellen DGPS (range.space und position-space) erläutert. Ich wollte zusätzlich noch auf Doppeldiffernzierung mittels Codemessung und/oder Trägerphasen eingehen, jedoch wird mir das Konzept hierbei nicht so richtig deutlich. Ich habe verstanden, dass zwei Einzeldifferenzen von zwei Empfängern zu einer bestimmten Anzahl von Satelliten gebildet wird. Mir ist nicht klar was genau bei der Differenzierung der beiden Einzeldif. Passiert und wie man dann auf die Doppeldifferenz kommt, was sie aussagen soll und wie sie dann zur Korrektur verwendet wird. Soweit ich den Text verstanden habe, eliminiert man dadurch den Uhrzeitfehler und teilweise atmosphärische Fehler.
Habe dafür in den Büchern "Understand GPS Principles and applications" und "The Global Positioning System & Inertial Navigation" recherchiert.

Vielleicht hat ja wer einen Link auf ne gute Quelle, wo das ganze Methodisch gut dargestellt ist.

Gruß
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Roland » 06.12.2013 - 20:48

Hallo Leut,

wenn es Dich nach Theorie gelüstet
Rothacher/Zebhauser GPS-Tutorial
Ich hab das sogar bei mir im Regal stehen (glaube ich 8) ) aber so richtig durchgeackert ...
Oder noch was aus der Schweiz - vielleicht sind diese frühen Sachen detaillierter ?
Geodätische Auswertungen von GPS-Messungen ETH 1987

Grüße Roland
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Taurus » 06.12.2013 - 23:06

Tobi hat geschrieben:Mir ist nicht klar was genau bei der Differenzierung der beiden Einzeldif. Passiert und wie man dann auf die Doppeldifferenz kommt, was sie aussagen soll und wie sie dann zur Korrektur verwendet wird. Soweit ich den Text verstanden habe, eliminiert man dadurch den Uhrzeitfehler und teilweise atmosphärische Fehler.


Na an dem Wissen kann man doch anknüpfen! :)
Eine Einfach-Differenz ist die gleichzeitige Messung von zwei Empfängern (an unterschiedlichen Positionen) zum gleichen Satelliten.
Damit lässt sich der Satellitenuhr-Fehler und die atmosphärischen Fehlereinflüsse eleminieren.

Wenn du jetzt die Einfach-Differenz vom Satelliten A von der Einfach-Differenz zum Satelliten B subtrahierst, erhältst du eine Doppel-Differenz. Dabei fallen die Satellitenuhr-Fehler beider Satelliten, die Empfängeruhr-Fehler beider Empfänger, sowie die atmosphärischen Fehlereinflüsse weg.

Die Uhrenfehler verschwinden ganz, einzig die atmosphärischen Fehler bleiben mit einem kleinen Restfehler zurück.
Wenn du dir unsere Atmosphäre vorstellst, so hat sie ja an unterschiedlichen Positionen auf der Erde einen Unterschiedlichen Zustand (könnte man mit Wetter vergleichen).
Wenn die Entfernung zwischen 2 Empfänger gering ist (bsplsw. 20km) dann ist das "Wetter" an beiden Empfängern ziemlich ähnlich, aber nicht komplett gleich.
Der "ähnliche" Anteil des Wetters wird bei der Differenz-Bildung vernichtet, der leicht unterschiedliche Anteil bleibt als Restfehler zurück.
Da das "Wetter" sich mit zunehmender Entfernung zwischen den Empfängern auch immer mehr unterscheiden wird, steigt der verbleibende atmosphärische Fehler parallel zur Entfernung an.
Das bescheidene an Doppeldifferenzen ist, das der Multipath-Fehler recht hoch ist, da du natürlich in einer Gleichung den Multipath von 2 Empfängern drin hast, und du nicht weißt wie sich der MP jeweils subtrahiert (...wenn er das überhaupt tut).

Kleine Randbemerkung: Im wissenschaftlichen Umfeld sollte man "Wetter" besser mit "Atmosphärenzustand" ersetzen.

Aber nun eine Frage von mir!
Was ist denn "range-space" und "position-space" ?
Ich hab zwar eine Vermutung, aber sicher bin ich mir nicht!

Taurus
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Tobi » 26.12.2013 - 22:59

Taurus hat geschrieben:Aber nun eine Frage von mir!
Was ist denn "range-space" und "position-space" ?
Ich hab zwar eine Vermutung, aber sicher bin ich mir nicht!

Taurus

Das sind zwei Begriffe aus dem Buch "The Global Positioning System & Inertial Navigation".
Dabei bezeichnet "position-space" das ermitteln von Korrekturdaten (Atmosphäre, Uhrzeit, ...) für einen Satz von Satelliten über die bekannte (berechnete) Pseudoentfernung und gemessene Pseudoentfernung vermessenen einer Basis-Station.
"range-space" hingegen werden die Korrekturdaten nach dem selben Prinzip, aber für jeden Satelliten einzeln berechnet.

Scheinbar ist mir noch nicht bewusst, was eine Einzel-Differenz wirklich bedeutet. So wie ich das gelesen habe, erhält man eine Entfernung - nur eine Entfernung wohin?

Bei dem Bilden der Doppel-Differenzen ist man ja scheinbar an dem Vektor (dX,dY,dZ)^T zwischen den beiden Empfängern (zumindest nach Roland's erstem Link) interessiert. Um diesen dann auf die Position der bekannten Basis A zu addieren, sodass man die Position der Basis B erhält. Dabei wird leider nicht klar, wie dieser Vektor erhalten wird.
In meiner ersten genannten Literatur ist von 3 Doppel-Differenzen (andere Literatur 4) die Rede, um eine relative Position zu ermitteln - nur wie? Vielleicht wird das klarer, wenn ich weis, was die berechnete Doppel-Differenz ausdrückt.

Wünsche noch eine frohe Weihnacht und ich werde diesmal auch zügiger antworten,

Tobias
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Re: Suche Literatur zum Thema DGPS, SBAS, Beacon

Beitragvon Taurus » 29.12.2013 - 13:24

Hi Tobi,

trenn mal in deinem Kopf die Koordinaten von den Pseudoranges!
Aus den Pseudoranges (=Entfernung Satellit - Empfänger) werden die Koordinaten zwar berechnet, aber DGPS bezieht sich immer auf die Pseudoranges und nicht auf die Koordinaten!
In diesem zusammenhang wird auch häufig von "Beobachtungsebene" und "Koordinatenebene" gesprochen... das kommt nahe an "range-space" und "position-space" ran :lol:

Der Vektor den du meinst, ist schon 3 Schritte in die Zukunft gedacht...
Du misst ja an deiner Basis die Pseudorange (=Entfernung) zwischen (einfacherweise) 4 Satelliten und 1 Empfänger (=Basisstation). Diese Pseudoranges sinf fehlerbehaftet.
Daraus berechnest du trotzdem die Koordinaten deiner Basis zum Zeitpunkt t_x.
Wenn du aber die Koordinaten deiner Basis schon genau kennst, kannst du den Differenzvektor zwischen den gemessenen Koordinaten (X_g, Y_g, Z_g) und den Bezugs-/Basiskoordinaten (=die genauen Koordinaten der Basisstation, X_b, Y_b, Z_b) bilden.
Diesen Differenzvektor kannst du im näheren Bereich um die Basis auf alle GPS-Empfänger (=Rover) übertragen, die die gleichen Satelliten zum gleichen Zeitpunkt empfangen.

Oder... du kehrst die Logik um:
Anhand der Differenz zwischen Soll- und Ist-Koordinaten deiner Basisstation kannst du ja auch sagen das deine Pseudoranges mit einem Fehler belegt sind. Jetzt berechnest du aus diesem Fehler beispielsweise den Zustand der Ionosphäre und sagst dann deinen Rovern welchen Zustand (=Fehlereinfluß) die Ionosphäre gerade hat. Dann kannst du nicht nur die Pseudoranges koorigieren die an deiner Basis gemessen wurden, sondern der Rover könnte mithilfe der ionosphärischen Korrektur auch noch Pseudoranges von Satelliten korrigieren die die Basis nicht gemessen hat.

Taurus
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