GPS Doppler Plots

Fragen zu GPS-Empfängern und alles was damit zu tun hat.

Moderator: Roland

Gecko
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GPS Doppler Plots

Beitrag von Gecko » 03.09.2008 - 11:32

Hallo!

Ich untersuche derzeit einen GNSS Software Empfänger und habe einen merkwürdigen Verlauf der Dopplerkurven festgestellt. Es wurden zwei Satelliten getrackt, wobei die Antenne sich in der Nähe eines Hachhauses befand (zur Multipathuntersuchung).

Besonders PRN 12 zeigt eine merkwürdige "Beule". Grundsätzlich wundert mich der konkav-förmige Verlauf der Dopplermessungen insgesamt mit dem Software Rx ((dies ist vor allem bei PRN 30 zu sehen).

Falls jemand eine Idee hätte woran das liegen könnte, bzw. ob die "Beule" nur durch Interferenz zustande kommt, wäre ich sehr dankbar wenn er/sie das hier mitteilen könnte. Auch über Anregungen, was anhand der "Beule" gefolgert werden kann, wäre ich dankbar.

Viele Grüße
Gecko
Dateianhänge
prn30.jpg
PRN 30
prn30.jpg (16.25 KiB) 17336 mal betrachtet
prn12.jpg
Bei beiden Grafiken sind auf der X-Achse die Epochen, und auf der Y-Achse die Doppler-Werte abgetragen.
prn12.jpg (15.94 KiB) 17336 mal betrachtet

ssquare_de
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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von ssquare_de » 03.09.2008 - 17:37

Hallo Gecko,



keine Sorge erstmal, schaut doch gut aus! :)

Die Krümmungen bei den Dopplerplots sind ganz normal.
Die müssen ja sein, weil sich die relative Geschwindigkeit zwischen Sats und statischer Antenne über die Zeit, abhängig vonder Satposition kontinuierlich ändert.
Je länger die Beobachtungszeit ist, umso besser werden die GLEICHMÄSSIGEN Kurven erkennbar.
Deine "Beule" könnte schon multipathbedingt sein...um da mehr Gespür für den Messort und deinen Empfänger zu entwickeln, wiederhole die Messung zu anderen Zeiten, schau dir die Dopplerplots anderer Sats an und/oder dehne die Messdauer auf mehrere Stunden aus.

Zum Vergleich hänge ich auch mal Dopplerplots 2er Sats an, zeitgleich aufgezeichnet auf der Referenzstation Wettzell...die sollten, auch was die Technik und guten, multipatharmen, Antennenstandort betrifft, Referenz sein... :)
Beide Plots mit gegensätzlichem Krümmungsverhalten, kommt eben ganz drauf an, wie der Bahnverlauf des Sat s zur Beobachtungszeit über dem Empfänger war.

Die Beobachtungsdauer beträgt ungefähr 1h.
Bei deinen Plots gehe ich mal bei rund 1800 Epochen von einer entsprechenden Beobachtungsdauer von 30min aus.




Stefan
P.S. Das mit der Bildgrösse mach ich nächstes Mal auch besser. :shock:
Versprochen! :wink:
DopplerWettzell SVx.Png
DopplerWettzell SVx.Png (21.4 KiB) 17294 mal betrachtet
DopplerWettzell SVy.Png
DopplerWettzell SVy.Png (21.84 KiB) 17295 mal betrachtet
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Roland
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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von Roland » 03.09.2008 - 18:10

Hallo Gecko, hallo Stefan,

soll ich ganz ehrlich sein ? Ich glaube, das sind die ersten realen Dopplerplots, die ich sehe.

Meine vorbereitete Antwort hinter Stefans noch hinterher.

Man müsste den zugehörigen Skyplot der Orbits haben. Ich postuliere (in der Annahme, dass kein Multipath dazwischenfunkt) dass das Ausschnitte ganz normaler Dopplerkurven sind:

PRN30 befindet sich im Abflug, PRN12 könnte die Kulmination so bei 1100-1200 gehabt haben.

Das von KDB zitierte Wikipedia zeigt ein Beispiel-Diagramm ganz am Ende. Die Dopplerkurve ähnelt irgendwie dem (gespiegelten) Tangenshyperbolicus *hüstel* also einem gestreckten S und da könnten Deine Kurven im beschriebenen Sinne reinpassen. Kannst Du die Orbits überprüfen ?

Nicht deuten kann ich die mutmaßlich nicht normale konkave Unregelmäßigkeit bei PRN12.
Kleine Seminararbeit: „Irregularitäten des Doppler-Effekts im horizontnahen Bereich … „

Kannst Du mehr aus Deiner Arbeit rüberwachsen lassen ?

P.S.
Stefans Kurven sind doch getürkt ?! :D

Grüße Roland

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von ssquare_de » 03.09.2008 - 18:46

Servus Roland,


..."Stefans Kurven sind doch getürkt ?!"...

Was erlaube Roland !?! :twisted:

Im Ernst: toll, wie du das mit dem gestrecktem S erklärst...genau so isses nämlich bei längeren Beobachtungszeiten.
Die Kurven sind natürlich NICHT getürkt!
Die winden sich direkt aus einem Postprocessingpaket, das ich nach vielem Bitten und Betteln immer wieder mal stundenweise nutzen darf.
Die Rinex-Dateien aus Wettzell bekommt man in Echtzeit gratis über die Freeware BKG Ntrip Client (BNC).

Ich habe (fast) fertig!
:)


Stefan

Dann noch den Langzeitdopplerplot hintendran :
Na, wer findet Rolands S-Kurve am schnellsten? :)
Hätte ich die Beobachtung schon um ca. 0.00Uhr gestartet, wäre da auch der linke Teil der Kurve in aller Pracht...
LangzeitDoppler.Png
LangzeitDoppler.Png (11.25 KiB) 17264 mal betrachtet

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von KoenigDickBauch » 04.09.2008 - 16:46

Hallo,

mal eine Frage dazu.

Wenn man sich gerade so ein schöner Hurrican über einen wegzieht, der ja Windgeschwindigkeiten bis gut 250km/h haben kann. Sieht man das in der Dopplerverschiebung?

Gruß
Thomas

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von Roland » 05.09.2008 - 00:18

Hallo Thomas,


ooouh, lesen im Kaffeesatz, d.h. ich versuch's mal, ohne die physikalischen Eigenschaften von 1,2-1,5 GHz-Radiosignalen drauf zu haben ...

Wind alleine dürfte den Signalen nichts ausmachen mithin nicht messbar sein.

Dann kommt eine Gratwanderung, nämlich zwischen der Aussage einer Leica(?)- Expertin, dass ein Gewitter den GPS-Empfang durchaus stören könne - wenn der Blitz in die Antenne einschlägt. Und der Tatsache, dass GPS nicht weit durch Wasser geht. Wenn der Hurricane entsprechende Wasserfronten mit sich führt ...

Seit fünf Minuten weiß ich, dass es
GPS-Dropsonden gibt, die in Hurricanes abgesetzt werden und ihre Daten zum Flugzeug funken.

Und diese hier mit
high speed-accuracy


Nochmal zu Geckos Doppler-Plot.
Wenn die Delle einfach der Multipath ist ... ?


Grüße Roland

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von KoenigDickBauch » 05.09.2008 - 12:24

Hallo Roland,

die Frage war ein wenig heimtückisch, da wir den Schall ja immer als Beispiel für den Dopplereffekt nehmen und hier hat der Wind ja Einfluss.

Da aber die elektromagnetische Welle auf keinem "Äther" sich ausbreitet haben wir nicht den Einfluss wie bei dem Wind. Ansonsten ändert die elektromagnetische Welle bei dem Durchgang durch unterschiedliche Materie nicht ihre Frequenz, sondern nur die Wellenlänge.

Würde also meine eigene Frage ad Hoc mit NEIN beantworten.

Die von dir zitieren Stellen wegen GPS-Problemen bei Hurrican hat wohl eher was mit den großen Dichteschwankungen zu tun (Linseneffekt).

Gruß
Thomas

PS: So nicht lineare Effekte wie in Lichtleitern (Frequenzkamm) treffen wir wohl nicht in der Atmosphäre vor.

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von KoenigDickBauch » 05.09.2008 - 12:32

Roland hat geschrieben:Nochmal zu Geckos Doppler-Plot.
Wenn die Delle einfach der Multipath ist ... ?
Bei der Reflektion wird ja die Frequenz nicht geändert. Aber der Weg und Winkel wird sich anders Verhalten als bei einem normalen Vorbeiflug. Da die Frequenzverschiebung vom Winkel abhängt, wäre die Delle für mich schon durch einen Multipath erklärbar.

Könnte mir sogar vorstellen, das man an Hand der Delle einen Rückschluss auf den Multipath machen kann.

Gruß
Thomas

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von Roland » 05.09.2008 - 21:17

Hallo Thomas,
So nicht lineare Effekte ... treffen wir wohl nicht in der Atmosphäre vor.
Soll ich mal kurz ein paar Ansätze der Turbulenz-Theorie hier reinwerfen ... :twisted:

Ok, das hab' ich bei einem Vortrag über Ionosphären-Modelle gehört
http://www.ife.uni-hannover.de/forschun ... astik.html
Unter uns: das Bild ist doch schön bunt ? 8)
Waren die ersten Integrale noch ganz anschaulich .. hab' ich dann doch den Faden verloren *seufz*


Grüße Roland

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von KoenigDickBauch » 06.09.2008 - 23:10

Hallo Roland,

als ich meine letzten beiden Antwort noch mal durch las. Dichteschwankungen / Winkelabhängig Da kam mir die Befürchtung, könnte es sein, das durch die Dichteschwankungen eine Winkelabhängigkeit eintreten kann? Und dann das:
Die Abbildung zeigt eine typische Korrelationsstruktur, die durch Fluktuation des Brechungsindex' in der Troposphäre für undifferenzierte GPS Phasenbeobachtungen generiert wird. Es ist ein Beobachtungsfenster von 1h bei einem kleinen GPS-Netz mit drei Punkte P0, P1, P2 dargestellt. Der Punktabstand P0P1 beträgt 1 km und P0P2 2 km.


Gruß
Thomas

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von ssquare_de » 09.09.2008 - 20:15

Hallo Thomas,
servus Roland,



zunächst mal könnte man ja aus gutem Grund vermuten, dass sich Multipath bei den Dopplermessungen nicht auswirken werden, da ja die Dopplerverschiebung durch die Signalweglänge ( Verlängerung bei den Strecken, bei denen die Reflektionen wirksam werden) nicht beeinflusst wird.

Aber ganz so einfach kanns natürlich wiedermal nicht sein.
Siehe zu Multipath und Doppler http://hsss.slub-dresden.de/documents/1 ... 8-3289.pdf im Kapitel 2.4


Stefan

P.S. Antworten von mir kommen derzeit mit Verzögerung, da immer wieder tageweise Offline! :(

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von KoenigDickBauch » 10.09.2008 - 09:15

Hallo Stefan.
ssquare_de hat geschrieben:zunächst mal könnte man ja aus gutem Grund vermuten, dass sich Multipath bei den Dopplermessungen nicht auswirken werden, da ja die Dopplerverschiebung durch die Signalweglänge ( Verlängerung bei den Strecken, bei denen die Reflektionen wirksam werden) nicht beeinflusst wird.
Der Dopplereffekt ist Winkelabhängig. Das kann man ja gut sehen wenn man sich das Bild auf der Wikipedia Seite anschaut. Roland hatte uns darauf aufmerksam gemacht. Und deine Messungen entsprechen diesem Bild. Ich finde ad Hoc drei Möglichkeiten die hier Einfluss hätten.
ssquare_de hat geschrieben:Aber ganz so einfach kanns natürlich wiedermal nicht sein.
Siehe zu Multipath und Doppler http://hsss.slub-dresden.de/documents/1 ... 8-3289.pdf im Kapitel 2.4
1) Reflektion
2) Beugung 2.4
3) Brechung 2.2

Alle drei verändern den Weg, so dass der Winkel, unter dem abgestrahlt und empfangen wird, sich gegen den direkt Weg verändern.

Beugung ist natürlich wie man auf der Skizze sehen kann besonders interessant. Der direkt Weg ist abgeschattet und nur der gebeugte Strahl kommt an. Da hat der GPSr keine Möglichkeit den kürzesten zu ermitteln.

Gruß
Thomas

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von Taurus » 10.09.2008 - 21:27

In letzter Zeit gehts hier aber ganz schön ab rund um den Doppler *g*

Ich mach jetzt mal den Versuch die Doppler-Abbildungen zu interpretieren:
Eine fallende Kurve (bzw. Bereiche mit negativer Steigung) bedeutet, dass sich die Relativgeschwindigkeit des Satelliten (also die Geschwindigkeit mit der sich der Satellit effektiv auf mich zu bewegt) verringert. Die Beule weißt immernoch eine negative Steigung auf, jedoch etwas geringer. Das bedeutet das sich die Relativgeschwindigkeit geändert hat.
Aus dem recht symmetrischen Verlauf mit etwas größerem Anstieg im ersten Bereich der Beule, tippe ich mal auf ganz normale Erscheinungen wenn sich ein Satellit um die drehende Erde bewegt *g*

In welcher Einheit ist denn die X-Achse angegeben ? Sekunden ? Stunden ? Tageszeit ?
(Ich weiß... Epochen... aber ich kann eine Epoche über 100 sec machen oder auch über 1 sec... :twisted: )

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KoenigDickBauch
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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von KoenigDickBauch » 11.09.2008 - 09:02

Taurus hat geschrieben:In letzter Zeit gehts hier aber ganz schön ab rund um den Doppler *g*

Ich mach jetzt mal den Versuch die Doppler-Abbildungen zu interpretieren:
Eine fallende Kurve (bzw. Bereiche mit negativer Steigung) bedeutet, dass sich die Relativgeschwindigkeit des Satelliten (also die Geschwindigkeit mit der sich der Satellit effektiv auf mich zu bewegt) verringert. Die Beule weißt immernoch eine negative Steigung auf, jedoch etwas geringer. Das bedeutet das sich die Relativgeschwindigkeit geändert hat.
Aus dem recht symmetrischen Verlauf mit etwas größerem Anstieg im ersten Bereich der Beule, tippe ich mal auf ganz normale Erscheinungen wenn sich ein Satellit um die drehende Erde bewegt *g*

In welcher Einheit ist denn die X-Achse angegeben ? Sekunden ? Stunden ? Tageszeit ?
(Ich weiß... Epochen... aber ich kann eine Epoche über 100 sec machen oder auch über 1 sec... :twisted: )
Da wir wohl davon ausgehen können, das die Satelliten auf ihren Bahnen recht kontinuierlich laufen und das das Haus nicht durch ein Erdbeben einen plötzlichen Versatz erfahren hat. Hat sich die Relativgeschwindigkeit nicht geändert. Sondern der Weg wurde durch die drei Effekte länger und die Winkel haben sich geändert.

Das Ganze erinnert mich ein wenig an die Oppositionsschleifen. Alle ziehen ruhig Ihre Bahnen, doch dann macht einer eine Schleife. Hier zieht Satellit und Haus auch ruhig ihre Bahnen, aber wir sehen Beschleunigungen in der Kurve.

Gruß
thomas

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Re: GPS Doppler Plots

Beitrag von Deichgraf » 11.09.2008 - 16:17

Hi, Thomas,

die GPS-Satelliten "eiern" um die Erde, die Bahnen verlaufen nicht schnurgerade.

Gruß
Günther

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