NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

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

Moderator: Roland

ssquare_de
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von ssquare_de » 25.10.2008 - 14:47

Hallo Antares,


einiges wurde ja schon oben richtig gesagt.

Davon gehe ich mal aus:
Dein System soll in Echtzeit die korrigierten Positionsdaten am Rover ausspucken.
Das System soll/muss aus mindestens 2 Stück L1-Empfängern aufgebaut sein (Basis, Rover), um finanziell halbwegs die Kurve zu bekommen.
Das System soll/kann nur im Bereich von 5, aber ganz sicher unter 10km rund um die Basisstation arbeiten.
(Wie weit funkt übrigens dein 433MHz-Datenlink?)
Die beiden Empfänger sind mit hochwertigen Antennen zu versehen, und beide sollen möglichst freie Sicht in den Himmel haben.
( Eine vergleichsweise gute, aber noch bezahlbare Antenne ist die Trimble Bullet III. Die ist auch schön robst und dauerhaft wetterfest. )
http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/ ... ment-8420/

Zur Genauigkeit:
Bei Auswertung von nur den Pseudoranges( das ursprüngliche DGPS ) kannst du in dem oben angesprochenen, eng begenzten Bereich wohl auf
0.7-0,8m Genauigkeit kommen.
Werden auch die Phasendaten mitausgewertet, kannst du, wenn es dir gelingt, die Ambiguities zu fixieren, im 5-Kilometerumkreis sehr wahrscheinlich
auf deutlich unter 10cm Genauigkeit kommen...ich tippe bei guten Bedingungen eher auf 1-3cm...
Werden die Abiguities nicht festgesetzt, solltest du mit einer Floating-lösung auf 30-40cm Genauigkeit kommen.

Grundsätzlich bekommst du also bei deinen kurzen Basislinien ( Abstand Basis <--> Rover) auch mit L1-Empfängern wie den LEA-4T auf Genauigkeiten, die
kaum schlechter sind, wie die der 2-Frequenzler aus der Profiecke.

Das grosse Plus spielen die L1/L2-Schwergewichte immer dann aus, wenn es um möglichst kurze "Aufstartzeiten" geht, also die Zeitspanne, die benötigt
wird, um die Ambiguities festzusetzen. Bei idealen Bedingungen ( kurze Basislinien, gute Softwaremit leistungsfähigen Algorithmen, gute Antenne, gute Sicht zur guten Satkonstellation, gute Empfängerhardware...) ist die 1-Zentimetergenauigkeit innerhalb weniger Epochen ( Sekunden) erreichbar...also einschalten, und die Zentimetergenauigkeit ist in Echtzeit am Rover verfügbar.

Das erstmalige Festsetzen der Ambiguities dauert bei den L1-Empfängern schon länger.
Unter den guten Umständen von oben geht das aber auch in wenigen Minuten. ( 3 -10, max 15min)
Sind die dann mal festgelegt, hast du auch bei den L1-Empfängern die Zentimetergenauigkeit...so lange eben, wie mindestens 5-6Sats kontinuierlich empfangen werden können.
Ist das nichtmehr sichergestellt, fällt die Genauigkeit deutlich ab, solange, bis die Ambiguities wieder fixiert sind.


Zur Hardware in deinem Projekt:
Du musst erstmal sicherstellen, dass die beiden L1-Empfänger Rohdaten ausgeben können.
Rohdaten sind:
Pseudorange
!!! Carrierphase !!!
Doppler
Signalstärke SNR
als Option vielleicht noch Loss-of-Lock-Angaben, die der Postprocessing/RTK-Software die Erkennung von Cycle-slips erleichtern.
--> daraus kannst du mit geeigneter Software RINEX-Files erzeugen. ---> Beobachtungsdatei oder auch Observationfile

Zusätzlich muss der Empfänger noch die Broadcastephemeriden der Sats ausgeben. --> die werden für die Generierierung der RINEX Navigationsdatei
oder auch Navigationfile benötigt.

Den Informationsgehalt dieser Messwerte benötigst du zwingend, um die gewünschten Genauigkeiten zu erzielen.

Es gibt fertige Softwarepakete ( PC/Laptop/TabletPC ), an die musst du nur 2 LEA-4T Empfänger an"stöpseln", also einer eben über den Funkdatenlink, den anderen direkt, die liefern dir die Zentimetergenauigkeiten "aus der Schachtel".
Damit hast du nur sehr wenig Arbeit.
Kostet halt.
http://www.novatel.com/products/waypoint_rts.htm
oder
http://www.geopp.de/index.php?bereich=5 ... template=1

Interessant wäre natürlich, ihr würdet solche Softwarepakete erstellen... :shock:
Viel Arbeit, sehr fundierte Kenntnisse in GPS, Mathe und Programmierung sind aber unabdingbar...
Suche im Net zur Theorie, die hinter dem gelösten Ambiguity-problem steht, nach der LAMBDA-Methode und der M(odified)-LAMBDA-Methode... 8)
Erste Infos:
http://www.precision-gps.org/Chang-Code+Phase.pdf
http://www.precision-gps.org/Chang-MLambda.pdf
http://www.precision-gps.org/Chang-Statespace.pdf

So, das war mal ein erster Abriss. Wenn Fragen offen sind, dann bitteschön.... :)



Stefan

P.S. Joern, vorausgesetzt, man beherrscht effektive, schlanke Programmierung, ( und man weiss auch, was genau man programmieren soll :wink: ), dann brauchts für die RTK-Software im Rover keinen Riesenrechner...
Schau dir doch mal die komerziellen Produkte aus dem Vermessungsbereich von Leica, Trimble, Magellan....an...
Denen wird, selbe Problemstellung, über SAPOS oder andere Dienste das Korrektursignal, entweder einer benachbarten Basisstation, oder einer virtuellen Referenzstation ( vorzugsweise am Roverstandort, die superkurze Basislinie lässt grüssen ) zugespielt und daraus wird im Rover die Position des Rovers in Zentimetergenauigkeit und Echtzeit bestimmt.
Diese zentimetergenauen Positionen gibt der Rover im NMEA-Format für andere Anwendungen aus... ganz wie so ein hundsgemeiner Wald-und-Wiesen Garmin...( "NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen" um den Kreis zu schliessen ) :D


Ich häng mal ein Datenblatt mit an. Alleine schon, wenn ich mir den geringen Leistungsbedarf des Boards ansehe, kanns mit der Rechenleistung nicht sooo weit
her sein. Ich weiss nicht, wieviel Rechenleistung Microsofts Betriebssystem von den PDA-Chips abzweigt, aber vermutlich würde der 624MHz-Chipsatz deines Loox das alles und viel mehr locker niederreissen...auch in Echtzeit....
:-)

http://pro.magellangps.com/en/products/ ... PRODID=174
http://pro.magellangps.com/assets/datas ... DS_Len.pdf
und zu dem Board
https://www.navtechgps.com/Downloads/DG ... 0Paper.pdf
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Jörn Weber
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von Jörn Weber » 25.10.2008 - 17:27

Hallo Stefan,
ssquare_de hat geschrieben: Denen wird, selbe Problemstellung, über SAPOS oder andere Dienste das Korrektursignal, entweder einer benachbarten Basisstation, oder einer virtuellen Referenzstation ( vorzugsweise am Roverstandort, die superkurze Basislinie lässt grüssen ) zugespielt und daraus wird im Rover die Position des Rovers in Zentimetergenauigkeit und Echtzeit bestimmt.
Du übersiehst, dass es für die Berechnung der virtuellen Referenzstation eines Supercomputers bedarf. Der Sapos-Rover sendet seine ungefähre Position an den NTrip-Server und der veranlasst die Berechnung der virtuellen Referenzstation. Bei einem autonomen System ist für die Berechnung der virtuellen-Referenzstation mindestens ein extrem schnelle PC an der tatsächlichen Basisstation erforderlich. Oder übersehe ich hier etwas?

Gruss Joern Weber

ssquare_de
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von ssquare_de » 25.10.2008 - 19:44

Servus Joern,



klar, wenn du ein landesweites Stationsnetz betreiben willst, wird auch der Hardwareaufwand beträchtlich höher.
Schaut euch am Beispiel von Leica Spider mal an, welch ein Rechenaufwand da dahintersteckt.
http://www.leica-geosystems.com/de/de/lgs_4591.htm
( Die Konkurenzprodukte können alle ungefähr das gleiche )

Da hast du aber auch ein Netz , in dem überall in Echtzeit mit Zentimetergenauigkeit auch von günstigen L1-Empfängern positioniert werden kann
und dessen Limit nur die Landesgrenzen ( primär wohl wegen der unvermeidlichen Kostenabrechnung :D ) setzen.
Auch der ganze administrative Krempel wird da gleich miterschlagen.
Da brauchst du als Nutzer nur mit einem Empfänger losziehen...

Vermutlich ist die IT-Architektur so aufgebaut, dass man einen Nutzeranstieg durch das Hinzustellen witerer Rechnereinheiten abfangen kann...oder kurz, das System skaliert gut, nicht nur was die abgedeckte Fläche anbelangt...

Wenn du aber die Basisstation an einem gut vermessenen Punkt selbst betreibst, rechnest du im näheren Umkreis ( 10-50km ) deutlich mehr als ein Duzend RTK-Rover mit einem gewöhnlichen Pentium4 o.ä. daher... siehe dazu die Waypoint-RTK-Software.
Die braucht nur die Koordinaten der Referenzstation, und dann die Rohdatenströme des Basis- und der Roverempfänger...nix Formatumsetzungen ins RTCM oder sonstwas notwendig, einfach irgendwie die beiden Empfängerausgänge der Software zuführen...
In diesem Fall eines doch begrenzten Arbeitsgebietes ( 5-10km Radius um die Basisstation ) kann man auf die Berechnung einer virtuellen Referenzstation wohl verzichten, ohne allzu grosse Genauigkeitseinbussen hinnehmen zu müssen.

Logisch, die virtuelle Basisstation sorgt für annähernd "Null"-Basislinienlänge ---> Vorteil speziell bei L1-Empfängern durch die kurzen Initialisierungszeiten, bis die Ambiguities festgesetzt sind-->Zentimetergenauigkeiten
Ausserdem kann man sich die Hardware für die Basisstation und deren genaue Koordinatenbestimmung bei der Aufstellung sparen. So spuckt der Rover die Koordinaten im System der Basisstation/Basisnetz aus. Das ist normalerweise gut dokumentiert und wird laufend überprüft.

Der Magellanempfänger von oben hat die RTK-Software eingebaut, der will von der Basisstationssoftware die Korrekturdaten im RTCM-Format zugesteckt
bekommen...z.B. per NTRIP oder Datenfunk...

Man sieht, da gibts jede Menge Wege, die nach R(TK)OM führen... :)
Muss man eben immer schauen, was die individuell beste Lösung für s jeweilige Problem darstellt, nicht zuletzt auch kostenmässig.



Stefan

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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von Roland » 25.10.2008 - 21:13

Hallo

bisher schlief ich gut mit dem Gedanken über Korrekturdienste "Schön dass es die gibt."
Jetzt werde ich durch die Beiträge wachgerüttelt, kann ich etwas zu den "notwendigen Supercomputern" sagen ?
Stefan sagt eigentlich fast alles.

Nur soviel, bei
Wanninger
ist jedenfalls nicht die Rede davon.


Zu den Ländergrenzen:
Sapos ist Ländersache, aber wird in Frankfurt beim BKG nicht bundesweit überwacht ? Also Sprünge dürfte es nicht geben. Das derzeitige Einrechnen in die -alten- Landeskoordinatensysteme führt vielleicht zu Inkonsistenzen (man da fällt mir kein deutsches Wort ein ).


Grüße Roland

Antares
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von Antares » 25.10.2008 - 21:57

Hallo an Alle!!!

Danke nochmal für die zahlreiche Beteiligung.
Taurus hat geschrieben: Bei deinem Ansatz mit der Ablage von den Referenzkoordinaten wir die Position auch verbessert, jedoch musst du damit rechnen, dass jeder Fehler in der Ablage an der Referenzstation auch auf den oder die anderen Empfänger übetragen wird. Und das kann dir bei Multipath-Einfluß ganz schnell einen ganzen Meter Probleme einbringen.
Das ist natürlich viel.


Taurus hat geschrieben: Ein weiteres Problem ist auch, dass du das ja in Echtzeit betreiben willst... mit Post-Processing wäre das garnicht so dramatisch.
Es sollte schon Echtzeit sein.


Jörn Weber hat geschrieben: Bevor Ihr experimentell loslegt würde ich euch erst einmal zu einer theoretischen Machbarkeitsstudie raten, wenn ihr in den Genauigkeitsbereich unter 50 cm vordringen wollt.
Das werde ich am Montag mal sofort anregen.


ssquare_de hat geschrieben: Davon gehe ich mal aus:
Dein System soll in Echtzeit die korrigierten Positionsdaten am Rover ausspucken.
Das System soll/muss aus mindestens 2 Stück L1-Empfängern aufgebaut sein (Basis, Rover), um finanziell halbwegs die Kurve zu bekommen.
Das System soll/kann nur im Bereich von 5, aber ganz sicher unter 10km rund um die Basisstation arbeiten.
Viel weniger.
Wir gehen erstmal von max 200m Entfernung aus.


ssquare_de hat geschrieben: (Wie weit funkt übrigens dein 433MHz-Datenlink?)
Die gewünschte Entfernung dürfte mit einem 10mW-Sender erreichbar sein.


ssquare_de hat geschrieben: Die beiden Empfänger sind mit hochwertigen Antennen zu versehen, und beide sollen möglichst freie Sicht in den Himmel haben.
Das dürfte möglich sein.


ssquare_de hat geschrieben: ...
...
...
So, das war mal ein erster Abriss. Wenn Fragen offen sind, dann bitteschön.... :)
Danke für die gesamte Erklärung, ich frage mich allerdings, ob die Umsetzung des Ganzen nicht den Rahmen einer Projektarbeit um ein Vielfaches sprengt.

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Jörn Weber
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von Jörn Weber » 26.10.2008 - 09:13

ssquare_de hat geschrieben: Die braucht nur die Koordinaten der Referenzstation, und dann die Rohdatenströme des Basis- und der Roverempfänger...nix Formatumsetzungen ins RTCM oder sonstwas notwendig, einfach irgendwie die beiden Empfängerausgänge der Software zuführen...
In diesem Fall eines doch begrenzten Arbeitsgebietes ( 5-10km Radius um die Basisstation ) kann man auf die Berechnung einer virtuellen Referenzstation wohl verzichten, ohne allzu grosse Genauigkeitseinbussen hinnehmen zu müssen.
Ok, wenn du den Overhead weg lässt mag vielleicht ein schneller Intel-PC ausreichen, um bei einer Sampling-Frequenz von 10 Hz des LEA 4T die Position ausreichend schnell zu berechnen. Ein PDA wird aber mit Sicherheit dafür nicht ausreichend sein.

Gruss Woern Weber

ssquare_de
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von ssquare_de » 26.10.2008 - 11:11

Guten Morgen Joern,



Meine Vermutung:
Die ganze RTK-Berechnung ( ohne virtuelle Referenzstation, nur eine Basisstation und eine überschaubare Anzahl Rover im max. 5-10 km Radius ) kann man grob in 2 Teile aufschlüsseln.
Teil 1: Basisstationssoftware
Bekommt vom GPS-Empfänger die Rohdaten geliefert, weiss zusätzlich noch die eigene, genaue Position.--->Berechnet daraus die Korrektursignale für den eigenen Standort und das begrenzte Umfeld, stellt diese Korrektursignale in einem propriäterem Format, oder im weitverbreitetem RTCM-Standard zur Verfügung.
Teil 2: Roversoftware
Bekommt vom GPS-Empfänger die Rohdaten geliefert, bekommt die Korrekturdaten von der Basisstation geliefert, berechnet daraus die korrigierte Position in Echtzeit.

Teil 1 und Teil 2 werden wahrscheinlich sehr vergleichbaren Rechenaufwand nachsichziehen...Vermute ich aber nur!

Teil 1 kann von dem oben angeführten Magellan-Board in 5Hz geleistet werden,
Teil 2 auch.

Ich kenne das Rechenwerk des Boards nicht genau, aber mit 1,2W macht das Teil 1 oder Teil 2 nieder...und nebenbei braucht ja auch der GPS-Empfänger für sich selbst Rechenleistung...des weiteren glaube ich nicht, dass Magellan das Hauptaugenmerk auf möglichst energiesparende Rechenpower legt. Da könnte mit den neuersten Stromsparrechnern ( Atmel, TexasInstruments...) sicher noch einiges bewegt werden.

Das Geheimnis liegt wohl in einem sauberen, effizienten Code.
Und genau für den werden die Kunden ja zur Kasse gebeten.
Hardware gibts wie Silikon am Meer... ähhmm... wie Sand am Meer. :)

Ich bleibe vorläufig dabei: für den Processor in deinem Loox sind die zu leistenden RTK-Rechenaufgaben leichte Beute...

Mal wieder weg von den Vermutungen, hin zu den Fakten:
Novatels All-in-One-Software rechnet bis zu 20 Rover auf eine ( bewegliche ) Basisstation, organisiert den gesamten Datenverkehr, leistet die Rohdatenübersetzung für die verschiedenen GPS-Empfänger, visualisiert die Ergebnisse auf dem Monitor, loggt die Daten...macht das ganze mit L1- und/oder L1/L2-Empfängern...und ist überall in den Fachkreisen anerkannt für seine genauen Auswertungen und Ergebnisse.

Irgendwo im Handbuch schreiben Sie, dass sie den Einsatz der Software auf nem alten Windows95/98- Rechner nicht mehr empfehlen... :)
( Vermutlich schon aus Imagegründen... :lol: )
Was waren das denn für Kisten?!?
Achja, die haben damals an der 500MHz-Grenze gekratzt. :D

Ich weiss, das ist keine genaue Aussage, aber eine Tendenz lässt sich vermutlich erkennen.




Stefan

Deichgraf
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Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von Deichgraf » 26.10.2008 - 11:51

Hi,
ich kann zwar persönlich nichts dazu beitragen, aber auf der Suche nach Informationen bin ich im vorigen Jahr auf folgende Arbeit gestossen:
http://www.ika.ethz.ch/teaching/bachelor_wehrli.pdf

Vielleicht kannst Du damit etwas anfangen.

Gruß
Günther

XPosition
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Registriert: 25.08.2008 - 00:09

Re: NMEA: Anzahl der Bogenminuten-Nachkommastellen

Beitrag von XPosition » 27.10.2008 - 18:58

Also ich würde auch mal prüfen, ob der 433MHz-Funk nicht zu langsam ist für RTCM oder Rohdaten-Übermittlung.

Dann wundert mich die max. 200 Meter Reichweite.
Bei einem so kleinen Acker braucht der Bauer eh kein GPS :)
Also wären die ersten Tests sowieso recht fraglich.

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