GPS "Rohdaten"

Allgemeine Fragen zu GPS und verwandten Themen

Moderator: Roland

GPS "Rohdaten"

Beitragvon Dominic » 16.01.2014 - 16:32

Hallo,

ich muss für das International Baccalaureate eine sogenannte "Mathematical Exploration" schreiben. In der geht es darum, die Mathematik hinter einem Praxisbeispiel zu verstehen und aufzuzeigen. Mein Lehrer und ich sind auf die Idee gekommen, mein iPhone, oder mein Navigationsgerät auf meinen Schreibtisch zu legen, die Position abzulesen und dann das ganze einmal, mit den zu der Zeit empfangenen Daten, nachzurechnen. Nun habe ich mich belesen und belesen, aber das Thema ist ja nun logischerweise nicht so einfach wie 1+1... Die Grundidee hinter den Berechnungen habe ich schon verstanden, da kann mir mein Lehrer auch sicher helfen wenn ich da Fragen haben sollte. Um dies aber zu ermöglichen brauche ich praktisch die "Rohdaten" der GPS Satelliten und ich muss ja auch wissen, mit welchen Satelliten mein Empfänger kommuniziert.
Aus den Laufzeiten des Signals mit Lichtgeschwindigkeit sollen also die Koordinaten meines Schreibtisches berechnet und mit dem Ergebnis eines GPS-Ortungsgerätes verglichen werden.
Wo kann ich diese Daten herbekommen? Kann man das überhaupt als "Laie" behandeln, weil es so komplex ist?
Ich bedanke mich im voraus für die Antworten und wünsche Ihnen allen eine angenehme Woche.

Mit freundlichen Grüßen,

Dominic

P.S.: Großes Lob an die kowoma.de Seite. Sie hat mir beim recherchieren wirklich sehr geholfen!
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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon nevermind10844 » 17.01.2014 - 00:48

Moin,

ich bin selbst nicht besonders Erfahren in den mathematischen Hintergründen und beschäftige mich erst seit kurzem mit dem Thema GPS an sich, jedoch kann ich dir sicher zumindest ein paar Dinge sagen:
Zunächst mal: nimm Abstand vom Schreibtisch, und geh an die Frische Luft! Ist gesünder und sorgt dafür, das dein GPS-Modul auch "was sieht". GPS funktioniert innerhalb von Gebäuden nur äußerst bedingt! Moderne Handys nutzen dann oft WLan oder GSM-Netzdaten um trotzdem eine Position zu bestimmen!

Zum eigentlichen Punkt: Du wirst einen Rohdatenempfänger brauchen um selbige auch zu bekommen. Normale GPS-Module stellen diese nicht zur Verfügung ich selbst nutze zur zeit den (nicht mehr ganz neuen) Empfänger der schweizer Firma ublox mit dem Namen LEA-4T. Dieser stellt die Rohdaten zur Verfügung. Du musst die Daten auslesen, was ich zur Zeit mit einem RaspberryPi mache und ein Bisschen Hardware-Frickelei erfordert. Was die Empfangsgenauigkeit angeht steht noch mal auf einem anderen Blatt. Hier gibt es Hilfsmittel wie teure Antennen, lange Stäbe und Groundplanes. In der Hinsicht werden dir ein paar Leute hier deutlich mehr sagen können als ich. Je nachdem wie genau du die Daten brauchst, musst du halt mehr oder weniger Investieren, sowohl in Sachen Zeit, als auch in Sachen Geld. Hagen (dankbare Grüße) hat mir vor einiger Zeit eine Antenne verkauft, die meine Messgenauigkeit um ein Vielfaches erhöht hat.
Grundsätzlich möglich sollte das sein, je nachdem wie fit dein Mathe-Hirn ist ;)

Eine vielleicht Kostengünstige, langweiligere aber trotzdem gleichartige Variante wäre nicht selber zu Messen, sondern die Messungen von Referenzstationen auszuwerten.
Diese (und bitte korrigiere mich jemand falls ich falsch liege) messen dauerhaft und durchgehend die Daten der Satelliten in ihrer Sicht und schicken diese als Korrekturdaten raus, bzw bieten diese als Download auf einschlägigen Websites an (z.B. hier). Deren, sehr genau bekannte, Position wird mitgeschickt, sodass du schlussendlich im Prinzip genau die selben Berechnungen durchführen können müsstest. (Das möchte ich als Frage an die erfahreneren Leute weitergeben!)

Ich hoffe das hilft dir ein wenig weiter!

Grüße
Jan
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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon Hagen.Felix » 17.01.2014 - 09:23

nevermind10844 hat geschrieben:...
Eine vielleicht Kostengünstige, langweiligere aber trotzdem gleichartige Variante wäre nicht selber zu Messen, sondern die Messungen von Referenzstationen auszuwerten.
...


Moin Dominic,

der eigene Einstieg in das Thema der Low-Cost-Hardware für PPP und/oder RTK mag zwar verlockend erscheinen (und ist zweifellos auch in mathematischer Hinsicht ein lehrreiches Unterfangen), gleichwohl würde auch ich den Vorschlag von Jan befolgen, mich zunächst mal mit bereits vorhandenen Rohdaten (in Spitzenqualität) zu befassen.

Mehr Zeit und Geld in das Projekt zu stecken, wird Dir zwar gewiss niemand verbieten. :mrgreen:

Aber für den Anfang ist eine Mathe-Software Deiner Wahl (R?), ein Text-Editor und ein Internetzugang zum Herunterladen der RINEX-Dateien von einer IGS-Station vielleicht schon genug der Mühe. :wink:

Und natürlich RTKLIB! Aber die sollte ohnehin das "kleine Einmaleins" sein ... :idea:
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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon Taurus » 17.01.2014 - 19:51

Mit der RTKLib wird Dominic aber nicht viel geholfen sein... schließlich will er ja händisch die Berechnung der Koordinaten durchführen und nicht oben Daten in eine "black box" (auch wenn rtklib open source ist...) werfen und unten Ergebnisse rausbekommen.

Ein Vorschlag von mir wäre das du dir nicht die Koordinaten in der Nähe deiner Schule / im Klassenzimmer aussuchst, sondern dir hier aus dem Forum von irgendjemandem einen einfachen Rohdaten-Datensatz erbittest und dann in der mathematical exploration die Berechnunng die im Empfänger von statten geht in ihre Einzelteile zerlegst.
Und fang günstigerweise mit 4 Satelliten gleichzeitig an, und steiger dich dann auf 5 oder 6 Satelliten. Dann hast du eine eindeutige Lösung (mit 4 Satelliten) und dann noch eine Lösung die mit Ausgleichung/quadratischer Minimierung ermittelt wurde (mehr als 4 Satelliten).

Es ist natürlich schön, wenn man Koordinaten mit direktem Bezug zur Schule nutzen kann, aber mal ehrlich... es sind nur Zahlen :lol: :lol: :lol:
Und du wirst mit der Mathematik genug zu tun haben und solltest dich nicht zuvor mit der Rohdatenerfassung mittels RasberryPi, Arduino und Rohdatenempfängern rumplagen...

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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon Dominic » 18.01.2014 - 00:53

Wow, vielen Dank für diese sehr ausführlichen Antworten.

Nun, dafür dass das nun nur eine kleine Facharbeit ist, brauche ich nicht so viel Geld ausgeben. :o

Gut finde ich die Idee mit dem benutzen der Daten von Referenzstationen. Die Station, die hier in der (großgefassten) Umgebung aufgelistet ist, ist die PTBB Braunschweig. Da könnte ich mit meinem Navi auch hinfahren und dann das ganze mal betrachten. Dazu habe ich aber auch Fragen (Ich beziehe mich auf http://igs.bkg.bund.de/):
1. Sind die Daten immer zur gleichen Zeit hochgeladen? Da steht z.B. 2014-01-17 18:00:00 hourly, Also findet man da Dateien für jeden Tag um 17 Uhr UTC?
2.Vielleicht das wichtigste: Wie liest man eine solche RINEX Datei überhaupt?
Ich bin wirklich ein blutiger Anfänger. Von Fliegerei und Navigation darin habe ich Ahnung, aber so genau im Detail nun auch nicht. Was ist zum Beispiel RTKLIB?

Lieben Gruß

Dominic
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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon Hagen.Felix » 18.01.2014 - 09:02

Taurus hat geschrieben:Mit der RTKLib wird Dominic aber nicht viel geholfen sein...
schließlich will er ja händisch die Berechnung der Koordinaten durchführen und nicht oben Daten in eine "black box" (auch wenn rtklib open source ist...) werfen und unten Ergebnisse rausbekommen.
...


Ich dachte ja auch eher ans Spicken mit dem Texteditor unter /src ... :mrgreen:
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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon Taurus » 20.01.2014 - 13:11

Hi,

Dominic hat geschrieben:Gut finde ich die Idee mit dem benutzen der Daten von Referenzstationen. Die Station, die hier in der (großgefassten) Umgebung aufgelistet ist, ist die PTBB Braunschweig. Da könnte ich mit meinem Navi auch hinfahren und dann das ganze mal betrachten.


Verwurschtel dich nicht... dein Navi bestimmt für sich selbst die Position (stand-alone). Damit du die Daten der Referenzstation verarbeiten kannst musst du auch ein Navi haben das das auch kann.
Dein Navi berechnet die Position anhand der Formeln / Reihenfolge wie im GPS-ICD-200 vorgegeben. (http://www.gps.gov/technical/icwg/IS-GPS-200F.pdf)
Wenn du jetzt Daten von Referenzstationen einbindest - und das ganze auch exemplarisch durchrechnen willst - brauchst du die passenden Formeln und Daten. Das ist nicht ganz so trivial! Mit Referenz-Daten im post-processing (also die Korrekturdaten der Referenzstation erst nach der eigentlichen Messung herunter laden und dann die verbesserte Position berechnen) brauchst du totzdem wieder einen Rohdaten-Empfänger! Sonst wird das nix.

Nicht falsch verstehen, aber ich glaube du hast noch nicht alle Facetten von DGPS (und ich reden vom reellem DGPS, nicht von SBAS) voll umrissen!!! Das ist komplexer als es auf den ersten Blick scheint... sollte ich mich geirrt haben entschuldige ch mich gleich hinterher :roll:

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Re: GPS "Rohdaten"

Beitragvon nevermind10844 » 22.01.2014 - 02:29

Moin Taurus,

sollte es nicht möglich sein, anhand der "Korrekturdaten" der Referenzstation ohne weitere Daten rechnerisch auf die Position der Station zu kommen?
Oder anders gefragt: Sind die Rinex-Daten tatsächlich nur Korrekturdaten, also Daten die "irgendwie" berechnet wurden und dann verteilt werden oder sind die Rinex-Daten gewöhnliche Rohdaten, die ein normaler Rohdatenempfänger in der Form auch empfangen würde?
Falls letzteres der Fall ist, und davon war ich bisher ausgegangen, sollte doch der Berechnung der Position der Referenzstation (wie oben vorgeschlagen) nichts im Wege stehen oder?

Grüße
Jan
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