Laufzeitmessung

Allgemeine Fragen zu GPS und verwandten Themen

Moderator: Roland

Vash

Laufzeitmessung

Beitrag von Vash » 16.06.2004 - 14:18

Hallo!

Mir ist noch nicht ganz klar wie die Laufzeitmessung geschieht. Ich weiss, dass dies über die Kreuzkorrelation passiert und mit hilfe des PRN codes und der verschiebung zwischen den beiden die laufzeit berechnet werden kann. Dann bedeutet dies jedoch, dass der Empfänger und der Satellit zur gleichen Zeit den gleichen Code erzeugen müssen. Wie kann das sein????
Bitte um Hilfe thx :-)

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Michael
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Beitrag von Michael » 17.06.2004 - 13:02

Das ist einfach.
Der Code, der erzeugt werden muss ist ja bekannt und der wird sowohl vom Satelliten als auch vom Empfänger jede Mikrosekunde widerholt. Und der Empfänger verschiebt den Code solange bis er in Übereinstimmung mit dem Code des Satelliten ist. Dann ist die Laufzeit bestimmt. Das geht natürlich nur, wenn Empfänger und Satellit beide die gleiche Zeit haben und um das zu erreichen braucht man auch vier statt nur drei Satelliten. Genaues siehe hier...http://www.kowoma.de/gps/Positionsbestimmung.htm

Gruss
Michael

Kurt
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Re:

Beitrag von Kurt » 24.12.2011 - 02:00

Michael hat geschrieben:Das ist einfach.
Der Code, der erzeugt werden muss ist ja bekannt und der wird sowohl vom Satelliten als auch vom Empfänger jede Mikrosekunde widerholt.
Hallo Leute, bin neu hier.

Erstmal meine Anerkennung für die gute und leicht verstehbare Beschreibung vom GPS.
http://www.kowoma.de/gps/Signalaufbau.htm

Und auch gleich einige Fragen:

Ist es notwendig den Ort des SAT zu kennen in dem Moment wenn sein Signal beim Empfänger ankommt.

Reicht es aus den Sendepunkt des Signals (Beginn des GOLD-Codes) zu kennen um den korrekten Abstand, somit die korrekte Laufzeit des Signals zu erhalten.

Spielt die Bewegung des Senders (SAT) oder Empfängers (NAVI) bei der Positionsermittlung eine Rolle.

Kann der Sendeort und der Empfangsort bei der Signallaufzeiterfassung als -Punktereignisse- angesehen werden, deswegen die Bewegungen vom Sender und Empfänger keine Rolle spielen.

Welcher maximale Fehler entsteht in der Pos-Ermittlung wenn sich der Empfänger (NAVI) mit ca. 110 Km/h bewegt.


Gruss Kurt

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Re: Re:

Beitrag von Kurt » 25.12.2011 - 22:01

Die letzte Frage,
Kurt hat geschrieben: Welcher maximale Fehler entsteht in der Pos-Ermittlung wenn sich der Empfänger (NAVI) mit ca. 110 Km/h bewegt.
möchte ich etwas erläutern.

Vier SAT, einer senkrecht oben, einer rechts am Horizontz, einer links am Horizont.
Einer -hinten-.

Alle sind gleichweit, angenommen 100 Km, vom Auto entfernt.
Alle senden gleichzeitig ihren C/A Code ab.

Die Signale der ersten drei SAT kommen gleichzeitig beim bewegtem Auto an, das des vierten SAT um den Betrag verschoben den das Auto seit Beginn der Sendung sich bewegt hat (110 Km/h), also etwas später.

Die Frage ist nun um wieviel mm, cm, m, Km, der Auswerteort wegen der Bewegung des Autos gegenüber dem ruhendem Auto verschiebt.
Also nur für diesen einen Vorgang, für den Moment wo die Signale der vier SAT beim Auto eingetroffen sind.

Ich habe ca 30 mm als Differenz zum vierten SAT rausgekriegt.
Passt das zusammen?


Gruss Kurt

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Roland
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Roland » 26.12.2011 - 00:18

Hallo Kurt,

ich tobe seit einigen Wochen nicht mehr mit Vollgas durchs Forum.

Auf Deine Frage antworte ich deshalb mehr (sehr?) oberflächlich.
Wenn jede Sekunde ein Fix erfolgt, legt das Fahrzeug in diesem Zeitraum rd. 30 m zurück.
Erfolgt die Auswertung im Bruchteil einer Sekunde, liegt man etwa im Genauigkeitsbereich, so 5-10 Meter.

Das erstmal, um Dich bei Laune zu halten.
Was, Du kriegst 'nen dicken Hals ?!
Beruhige Dich, andere sind auch noch da ... :wink:

Grüße Roland

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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Kurt » 26.12.2011 - 00:59

Hallo Roland,

danke für die Antwort.
Roland hat geschrieben: Wenn jede Sekunde ein Fix erfolgt, legt das Fahrzeug in diesem Zeitraum rd. 30 m zurück.
Erfolgt die Auswertung im Bruchteil einer Sekunde, liegt man etwa im Genauigkeitsbereich, so 5-10 Meter.
Mir geht es nicht um zwei Messungen nacheinander, sondern nur um die eine nach dem Empfang der Signale.
Eigentlich nur darum um wieviel diese eine Messung wegen der Bewegung des Autos abweicht, oder ob sie überhaupt abweicht, und das auch nur theoretisch.
Also bei idealisterten Bedingungen.
Darum auch die 100 Km Abstand der SAT vom Auto zum Zeitpunkt ihrer Datenabsendung (Gold-Codes).


Gruss Kurt

XPosition
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von XPosition » 28.12.2011 - 02:17

Naja, Roland sagte ja schon alles.
(der soll mal endlich seine midlife crisis beenden. ;)

Du solltest dir vielleicht klar machen, dass intern im GPS-Chip die Informationen sehr genau vorliegen.
Egal in welchem Abstand Empfänger und Sender sind. Das ist egal.

Die CPU holt sich aber diese Informationen nur z.B. jede Sekunde vom GPS-Chip ab, und das macht im Durchschnitt halt die von Roland erklärten ca. 5-15 Meter. ;)
Äh, bei 110 km/h.

Die üblichen Fehlerquellen sind da schon wichtiger...

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Roland
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Roland » 28.12.2011 - 14:46

Hallo

Midlife-crisis ?
Das war gestern. Heute ist "Burn-out" angesagt ... :twisted:

Ich hab' gezögert, weil Kurt vielleicht etwas auffällt, was mir oberflächlich entgangen ist.
Mit aller Vorsicht sage ich, nach meinem Verständnis haben Bewegungen der Sender und Empfänger keinen 'nennenswerten' Einfluss.
Die Empfänger haben inzwischen mehrere Empfangskanäle, 50 einige schon über 200
Triumph von JAVAD
Damit können die Signale mehrerer Satelliten parallel empfangen werden.

Ich stelle mir das ähnlich wie beim Stroboskop-Effekt vor (fand jetzt kein passendes Video).
Ein Körper in Bewegung wird vom Blitzlicht getroffen, für den Moment steht er für den Betrachter still =
der Empfänger erhält die Signale blitzartig und wertet die momentane Position aus. Das wieder und wieder.
Ich gehe davon aus, dass die Signalverarbeitung in kleinsten Sekundenbruchteilen erfolgt, kann aber nicht sagen wie klein.

Grüße Roland

Kurt
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Kurt » 28.12.2011 - 22:17

Hallo Roland,
Roland hat geschrieben: Ich stelle mir das ähnlich wie beim Stroboskop-Effekt vor (fand jetzt kein passendes Video).
Ein Körper in Bewegung wird vom Blitzlicht getroffen, für den Moment steht er für den Betrachter still =
der Empfänger erhält die Signale blitzartig und wertet die momentane Position aus. Das wieder und wieder.
Ich gehe davon aus, dass die Signalverarbeitung in kleinsten Sekundenbruchteilen erfolgt, kann aber nicht sagen wie klein.
das mit dem Stroboskop ist gut, es zeigt dem Momentzustand, den Punktzustand.

Ein Körper in Bewegung wird vom Blitzlicht getroffen
Das passt gut zum Empfänger.
Das Blitzlicht ist das Signal des SAT, dieses legt einen Abguss der Systemzeit des NAVI in seinem Speicher ab.

Beim Sender ist es umgekehrt, dieser erzeugt den Blitz.
Der Empfänger weiss wann der Sender den Blitz erzeugt hat und kann dann die Differenz zur Systemzeit errechnen.
Somit weiss er wie lange das Signal unterwegs war, der Abstand des Empfangespunkltes zu dem Punkt ist an dem das Signal gesetzt wurde (Blitzschlag) und es beim Empfänger angekommen ist.

Wenn jetzt ein "System" verwendet wird dass für das Absenden und Empfangen keine "Zeit" braucht dann kann man von Punktgereignissen ausgehen.
Bei Punktereignissen spielt die Bewegung des Senders oder Empfängers keine Rolle.
Als Punktereignis eignet sich eine Flanke, denn diese kann sehr schnell sein.

Das C/A Signal bietet diese Flanke.
Angenommen der GOLD-Code des SAT beginnt mit einer 1 (das erste Bit der 1023).
Diese 1 hat eine Dauer von 1/1023 Millisekunden.
Die Flanke die diese 1 einleitet ist noch vielemale schneller.
Wenn nun dieses Bit, die Flanke dieses Bits, das Laufzeiterkennungssignal ist, dann kann man die Geschwindigkeit des SAT und des NAVI -vergessen-.
Die Flanke wird beim Sender durch die zur Verfügung stehende Bandbreite, beim Empfänger durch die Bandbreite der Filter begrenzt.
Die Bewegung des Senders und des Empfängers spielt also für die Signallaufzeitermittlung, somit für die Abstandsermittlung zum Sendepunkt, keine erkennbare Rolle und wird auch in der Berechnung nicht berücksichtigt.

(so meine Vorstellungen)


Gruss Kurt

Josef Gerstenberg
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Josef Gerstenberg » 29.12.2011 - 14:26

Hallo,

werden die Strecken zu den Satelliten (Pseudorange und Träger) von einem Empfänger zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt, lassen sich diese mittels des Dopplers oder Delta-Träger sehr genau auf eine gemeinsame Zeit umrechnen.
Bei den ersten Empfängern mit nur einem Kanal musste das immer gemacht werden.
Ob das in modernen Empfängern noch immer gemacht wird, entzieht sich meiner Kenntnis.
Gruß Josef

Kurt
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Kurt » 29.12.2011 - 21:13

Josef Gerstenberg hat geschrieben: werden die Strecken zu den Satelliten (Pseudorange und Träger) von einem Empfänger zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt, lassen sich diese mittels des Dopplers oder Delta-Träger sehr genau auf eine gemeinsame Zeit umrechnen.
Bei den ersten Empfängern mit nur einem Kanal musste das immer gemacht werden.
Ob das in modernen Empfängern noch immer gemacht wird, entzieht sich meiner Kenntnis.
Hallo Josef,

das mit dem Doppler sehe ich auch so.
Denn wenn nicht der Anfang des Signals des jeweiligen GOLD-Codes, -erwischt- werden kann dann ist die Bewegung des Senders und Empfängers von Bedeutung.
Denn dann ist ja das verwendete Bit, die Bitflanke, nicht mehr mit dem Sendepunkt (Anfang des Signals) identisch.
Und das muss dann -bedoppelt- werden.

Neue Empfänger sind warscheinlich in der Lage das zu umgehen, denn die haben viel -Rechenpower- und etliche Schieberegister drin.


Gruss Kurt

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Roland
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Roland » 30.12.2011 - 16:12

Hallo Kurt,

nach den letzten Postings dämmert mir, dass es um den Doppler-Effekt geht.
Nun, zur Code-Korrelation werden die Frequenzen schrittweise verschoben, bis der korrekte Doppler-Shift ermittelt ist.
Jetzt habe ich seit gestern vergeblich versucht, etwas darüber zu finden, wie der dann in die Positionsberechnung eingeht.
Auch bei
Jean-Marie Zogg
bisher nicht.
(Ich wusste, da gibt es noch eine schwache Stelle ...)

Grüße Roland

Josef Gerstenberg
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Josef Gerstenberg » 30.12.2011 - 18:43

Hallo,

gerade habe ich mich an meine ersten Versuche mit Rohdaten von GPS-Empfängern erinnert.

Bei den Modulen Sirfstar-I, u-Blox GPS-MS1 und GPS-PS1 hatte jeder Satellit eine eigene Empfangszeit:
"All channel measurements are NOT taken at the same time. Therefore,
all ranges must be extrapolated to a common measurement epoch. For
simplicity, the first channel of each measurement set is used as the reference
to which all other measurements are extrapolated."
Zitat aus GPS.G1-E1-00001-C.pdf
http://biobug.org/techref/gps-ps1e/GPS. ... 0001-C.pdf
(Link eingefügt, Roland)

Roland:
Der Doppler geht nicht in die Positionsberechnung ein.
Vor der Positionsberechnung muss man Pseudorange und Trägerphase mittels Doppler auf einen gemeinsamen Zeitpunkt umrechnen.

Gruß Josef

Josef Gerstenberg
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Josef Gerstenberg » 31.12.2011 - 17:08

Hallo Kurt

"Vier SAT, einer senkrecht oben, einer rechts am Horizontz, einer links am Horizont.
Einer -hinten-.
Alle sind gleichweit, angenommen 100 Km, vom Auto entfernt.
Alle senden gleichzeitig ihren C/A Code ab.
Die Signale der ersten drei SAT kommen gleichzeitig beim bewegtem Auto an, das des vierten SAT um den Betrag verschoben den das Auto seit Beginn der Sendung sich bewegt hat (110 Km/h), also etwas später.
Die Frage ist nun um wieviel mm, cm, m, Km, der Auswerteort wegen der Bewegung des Autos gegenüber dem ruhendem Auto verschiebt.
Also nur für diesen einen Vorgang, für den Moment wo die Signale der vier SAT beim Auto eingetroffen sind."

Dein Model geht davon aus, das der C/A Code wie eine Gewehrkugel von den Satelliten abgeschossen wird und irgendwann am Empfänger ankommt.
Das ist nicht so!
Ein Satellit sendet kontinuierlich eine Welle aus, auf der immer der Code aufmoduliert ist.
Ein Empfänger sollte also jederzeit den Code aller Satelitten auswerten können.
Gruß Josef

Kurt
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Re: Laufzeitmessung

Beitrag von Kurt » 31.12.2011 - 23:14

Josef Gerstenberg hat geschrieben:
"Vier SAT, einer senkrecht oben, einer rechts am Horizontz, einer links am Horizont.
Einer -hinten-.
Alle sind gleichweit, angenommen 100 Km, vom Auto entfernt.
Alle senden gleichzeitig ihren C/A Code ab.
Dein Model geht davon aus, das der C/A Code wie eine Gewehrkugel von den Satelliten abgeschossen wird und irgendwann am Empfänger ankommt.
Das ist nicht so!
Ein Satellit sendet kontinuierlich eine Welle aus, auf der immer der Code aufmoduliert ist.
Ein Empfänger sollte also jederzeit den Code aller Satelitten auswerten können.
Gruß Josef

Hallo Josef, schon.
Der SAT beginnt mit dem C/A-Code zu einer ganz bestimmten Zeit, sie ist ein Vielfaches der Millisekunde sein Sonntag 0.00 Uhr.
Das braucht er damit er die Position des Absendepunktes in Koordinatennetz ermitteln kann.
Denn der Beginn des C/A-Codes ist jeweils auf einen ganz bestimmten Ort der SAT-Bahn bezogen.

Selbstverständlich kann der Empfänger mehrere solcher Codes parr. auswerten.

Bei den vier SAT bin ich vom Idealzustand ausgegangen.
Alle vier SAT haben eine perfekt richtig gehende Uhr, also ohne Gangfehler zur GPS-Zeit.
Darum senden sie auch alle den Anfang des C/A Signals gleichzeitig ab.

Alle vier SAT sind gleichweit vom Empfänger weg wenn sie mit dem C/A Signal anfangen.
Darum kommt der Anfang aller vier SAT gleichzeitig beim ruhendem Empfänger an.

Das Auto bewegt sich so dass nur eine Abstandsänderung zu einem einzigem SAT stattfindet, zu dem der hinter ihm ist.
Bei den anderen dreien ändert sich der Abstand wegen der Bewegung des Autos nicht.
Es bleibt also nur der rückwärtige SAT übrig.
Dessen Signal kommt, um den Betrag verspätet gegenüber den anderen SATs, den das Auto seit Beginn der Aussendung zurückgelegt hat, an.
Und da komme ich auf die 30 mm bei 110 Km/h.


Gruss Kurt


Ich wünsche allen ein ruhiges und gesundes neues Jahr!

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