Geospector GPS-Forum (vormals kowoma GPS-Forum)

Hallo GPS-Gemeinde,

ich verwende einen Alan MAP 500, dessen NMEA-Ausgabe ich zur Zeitsynchronisation eines Notebooks einsetzen möchte. Nun habe ich das Problem, daß die vom MAP 500 auf dem eingebauten Display angezeigte Zeit gegenüber der gesetzlichen Zeit stets um etwa 2 s nacheilt.

Nach meinem Verständnis steht über GPS eine hochgenaue Zeitreferenz zur Verfügung. Alle sich systembedingt ergebenden Zeitabweichungen werden ja wohl korrigiert bzw. entsprechende Differenzen im Datenstrom übermittelt (z.B. die Abweichung der GPS-Atomzeitskala zur UTC-Skala) und können somit im Empfänger herausgerechnet werden.

Wie kann es also zu diesem großen Fehler beim MAP 500 kommen?

Außerdem wäre ich sehr daran interessiert, wie sich andere GPS-Empfänger verhalten. Gibt es auch bei Garmin, Magellan, Trimble, etc. Gangabweichungen in der Uhrzeit (zu DCF77)?

Bitte berichtet mal.

Mit den besten Grüßen

Marcus Busch

DL1EKC hat geschrieben:Außerdem wäre ich sehr daran interessiert, wie sich andere GPS-Empfänger verhalten. Gibt es auch bei Garmin, Magellan, Trimble, etc. Gangabweichungen in der Uhrzeit (zu DCF77)?

Hi,

also ich meine mal gelesen zu haben, das die GPS-Uhrzeit sowieso nicht exakt mit der z.B. DCF77 Uhrzeit übereinstimmt, weil die Uhrzeit halt für die Positionsbestimung nicht benötigt wird, sondern nur die Signallaufzeit.
Ich kann Dir aber nicht mehr sagen wie groß die Abweichung in der Regel ist.
Evtl. versuchen ja verschiede Gerätehersteller diese Differenz mehr oder weniger erfolgreich auszugleichen.

Jedenfalls geht die Uhrzeit in meinem GARMIN 60CS im Moment ca. 15 Sekunden gegenüber dem DCF77-Signal vor.

mfg
JLacky

Hallo,

mit der Zeit wollte ich mich doch in aller Ruhe beschäftigen ...

Die Empfänger müssten die GPS-Zeit auf eine Millisekunde vorhalten. Jetzt ist die Frage, korrigieren sie die auch auf UTC ?
Ich hab mir einen
Link
gespeichert, der eine Differenz von 13 sec angibt.

Die 13 Sekunden gelten gemäß dem
nachträglich gefundenen Link
bis 31.12.2005

Grüße Roland

Hallo Roland,

danke für den interessanten Link. Da hab ich was zu lesen. Die dort erwähnte Differenz von 13 s hatte ich auch schon woanders gelesen. Allerdings ist es so, daß diese Differenz der GPS-Atomzeitskala zur UTC-Atomzeitskala im GPS-Telegramm mit übermittelt wird, sodaß die Empfänger die empfangene Zeitinformation entsprechend korrigieren können.

Die Differenz ergibt sich dadurch, daß die GPS-Atomzeitskala keine Schaltsekunden kennt. Mit jeder irdischen Schaltsekunde vergrößert sich die Differenz also um 1 s.

Die von JLacky beschriebene Differenz von 15 s könnte bedeuten, daß beim Garmin 60 CS die Differenzinformation überhaupt nicht ausgewertet wird. Da die GPS-Zeit zu UTC prinzipbedingt nur vorauseilen kann, erklärt das natürlich nicht das 2 s Nacheilen beim Alan MAP 500.

Von Trimble gibt es GPS Empfänger, die ausschließlich Zeitinformationen liefern. Und diese haben scheinbar keine Abweichung gegenüber UTC. Ich kenne die durch ein Bakensystem im Amateurfunk, bei dem weltweit verteilte Sender GPS-gesteuert abwechselnd senden. Und bei den Startzeitpunkten dieser Sender kann ich keinerlei Abweichung gegenüber meiner Funkuhr feststellen. Auch nach Schaltsekunden bleiben die exakt auf UTC. Also dürften alle nötigen Informationen im GPS-Protokoll übermittelt werden.

Wer weiß genaueres?

Bitte veröffentlicht hier noch weitere Berichte zu anderen Empfängern. Das wird ja echt interessant. Mich würde auch interessieren, ob alle MAP 500 den gleichen Versatz aufweisen.

Marcus

DL1EKC hat geschrieben:Die von JLacky beschriebene Differenz von 15 s könnte

Sorry,

mein dummes Geschwätz von Gestern einfach vergessen. Ich hatte die Zeit des 60CS mit einer digitaluhr verglichen die hinter meinem Arbeitsplatz an der Wand hängt. Da steht zwar zwar 'Radio Controlled' drauf. Aber mir ist nich aufgefallen, das diese Uhr keine Verbindung zum DCF77 Sender hat. Also war es die Uhr, die nicht exakt die Zeit angezeigt hat, und nicht das GPSMAP60CS

Der Vergleich mit zwei anderen DCF77 Uhren hat jetzt gezeigt, das der 60CS nach erneuten GPS-Fix ca. eine halbe Sekunde hinter der DCF77-Zeit zurückhängt.

Ebenso sieht es mit einem StreetPilot 3 und einem cf-que 1620 Empfänger in einem iPaq5450 aus. Auch diese beiden Geräte hängen ca. 0,3 bis 0,5 Sekunden hinterher.

Lediglich mein Forerunner301 läuft mit der DCF77-Uhr exakt syncron.

Ich würde aber jetzt eher vermuten, das bei den ersten drei Geräten die Differenz vermutlich an der 'Trägheit' des Systems liegt und halt 0,3-0,5 Sekunden vergehen, bis die Zeit im Display angezeigt wird.

mfg
JLacky

Hallo,

kann man die Diskussion nochmal beleben ?

Nach allem, was ich gelesen habe, hat die Anzeige der UTC in den Geräten unterste Priorität, so dass Delays von 0,5 - 2 sec möglich sind.

Man schafft sie sich ja auch nicht wegen der Tageszeit-Ablesung an...

Aber: wie genau sind den die Quarze denn nun wirklich ? Wie groß wäre demnach der Empfänger-Uhrenfehler, wenn man mal ein halbes Jahr Pause macht ?

Grüße Roland

Roland hat geschrieben:Hallo,
Aber: wie genau sind den die Quarze denn nun wirklich ? Wie groß wäre demnach der Empfänger-Uhrenfehler, wenn man mal ein halbes Jahr Pause macht ?

Also mein 60CS geht etwa 0,5 Sekunden pro Tag ohne GPS-Empfang vor.
Ich habe aber schon Berichte gelesen, da waren die täglichen Abweichungen wesentlich größer.

Im Grunde genommer muss die interne Uhr nicht exakt genau gehen. Die interne Uhr dient ja nur dazu beim nächsten Einschalten aus den Almanachdaten die voraussichtliche Sat-Konstellation wieder zu bestimmen, damit der FIX schneller geht. Je länger man ohne GPS-Empfang das Gerät lagert, desto älter werden sowieso die Almanachdaten. Und irgendwann verfallen die Almanachdaten ohne hin, sodaß die geräteinterne Uhrzeit dann egal ist, weil das GPS-Gerät dann erstmal wieder die Almanachdaten abgleichen muss, und in dieser Zeit hat es auch die Uhrzeit wieder syncronisiert.

mfg
JLacky

Hallo beisammen,

vielen Dank für die zahlreichen Antworten. Berichte über die Abweichungen bei weiteren GPS-Geräten sind nach wie vor willkommen.

Ich habe in den letzten Tagen viel nach Informationen gestöbert. Und demnach wurde auf die exakte Zeitübertragung bei GPS durchaus geachtet. So gibt es zahlreiche Vorkehrungen im Protokoll, die die exakte Zeitübermittlung sicherstellen.

Die exakte Zeitübermittlung ist definitiv ein gewollter Anwendungszweck des GPS-Systems. De facto ist die Kenntnis der wirklich exakten Zeit für den Empfänger auch "lebenswichtig". Die Ortung beruht nämlich nicht auf einer unmittelbaren Differenzmessung. Tatsächlich muß für jeden einzelnen Satelliten der absolute (und präzise) Empfangszeitpunkt bestimmt werden. Dazu muß der Empfänger selbst über eine atomgenaue Zeitbasis verfügen.

Erst danach kann die Laufzeitdifferenz bestimmt werden. Die bei vielen anderen Meßverfahren geltende Regel, daß bei Differenzmessungen die absolute Genauigkeit nicht von Bedeutung ist, gilt bei GPS also nicht.

Da unsere GPS-Empfänger keine Atomuhr eingebaut haben, wird ein trickreiches Zeitkorrekturverfahren eingesetzt, wodurch aber jeweils ein Satellit mehr erforderlich ist. Im Endergebnis kann der Empfänger dadurch auch ohne Atomuhr eine atomgenaue Zeitinformation ableiten.

Das Korrekturverfahren beruht stark verkürzt darauf, daß für alle empfangenen Satelliten ein gleich großer Zeitversatz gesucht wird, der zu einem eindeutigen Ortungsergebnis führt. Mit der so ermittelten Zeitkorrektur wird die interne quarzgenaue Uhr kontinuierlich korrigiert. Sobald kein Satellit mehr empfangen wird, fällt die Zeitkorrektur natürlich weg bzw. kann nicht mehr nachgezogen werden, sodaß man dann nur noch die Quarzgenauigkeit hat.

Hier auf kowoma.de gibt es ja auch zu diesem Thema zahlreiche Informationen.

Im übrigen kann man auch die empfangene Zeitinformation eines einzelnen Satelliten in den meisten Anwendungsfällen direkt hernehmen und die Laufzeit ignorieren. Dann bleibt die Laufzeit als einziger Fehler, was auch schon besser als 0,2 s ist ! Meines Wissens machen die meisten Empfänger das auch so und zeigen auch bei nur einem empfangbaren Satelliten schon Datum und Uhrzeit an.

Ich komme also immer mehr zu dem Schluß, daß eine Gangabweichung von 2 s nicht notwendig und auch nicht hinzunehmen ist.

Die Frage nach der Genauigkeit von Quarzen läßt sich nicht generell beantworten. Die Quarzherstellung und die Schaltungstechnik sind ein Fachgebiet für sich. Es gibt zahlreiche verschiedene Quarzschnittechniken, unterschiedliche Schwingungsmodi und die Oszillatorschaltungen haben ebenfalls maßgeblichen Einfluß auf die Frequenzstabilität. Dann stellt sich die Frage, ob die Oszillatorfrequenz in der Schaltung noch verfielfacht wird, was den Fehler ebenfalls verfielfacht.

Maßgeblichen Einfluß auf die Genauigkeit von Quarzoszillatoren hat die Temperatur. Baut man einen Quarzoszillator z.B. in einen temperaturstabilen Quarzofen mit 60 °C ein, so sind durchaus Toleranzen von 1E-9 erreichbar! TCXOs (also temperaturkompensierte Quarzoszillatoren) für Funkanlagen erreichen üblicherweise 0,5 ppm von 10 ... 50 °C. Standardquarze werden meist mit 20 ppm angegeben, manche mit 50 ppm.

In den (Hand-) GPS-Empfängern dürften Standardquarze zum Einsatz kommen, da der Empfänger sich ja mit Hilfe der GPS-Satelliten die Uhr "richtig ziehen" kann. Eine Abweichung von 0,5 s / Tag ist aber schon sehr hoch, das entspricht allerhöchstens den billigsten Uhrenquarzen Marke "PC-Uhr".

Die Zeitgeschichte bei GPS ist aber auf jeden Fall ein interessantes Thema. Ich habe jetzt mal Alan angeschrieben, da jetzt wohl klar ist, daß 2 s Abweichung nicht durch das System gegeben sind. Mal abwarten.

Gruß

Marcus

Hallo,
hallo Marcus,

jetzt ist der Moment gekommen, wo die Teilnahme im Forum brenzlig wird. Ich wage mich auf fremdes Gebiet und kann erstmal nur ins Unreine schreiben.

Dass GPS mit Zeit zu tun hat, wurde schon gesagt:

"Das GPS ist primär ein Radionavigationssystem, das auf dem Prinzip der Entfernungsmessung zwischen Nutzer und mehreren Satelliten auch für hochdynamische Anwendungen eine Positionsbestimmung zu jeder Zeit und an jedem Ort der Erde ermöglichen soll; zusätzlich zu der Position ist auch eine Zeitinformation vorgesehen."

(Hansbert Heister, Heft 45 UniBw)

Es ist aber keine 'echte' Laufzeitdifferenzmessung, wie etwa Radar oder Laserentfernungsmessung, bei der die Laufzeit mit einer Uhr gestartet und gestoppt wird.

So wie ich es verstehe, sind handelsübliche Handheld-Empfänger auf das Auswerten der NMEA-Codes und deren vielfältige Darstellung (Positionsangabe, Track-Darstellung, Satellitensichtbarkeit etc.) getrimmt. GPS-Zeitempfänger dagegen allein auf das Erzeugen eines präzisen Zeitsignals.

Um Metergenauigkeiten zu erreichen, müßten sie wohl während des Fixes der vier oder mehr Satelliten eine Konstanz im Nanosekundenbereich gewährleisten. Wie das jetzt aber mit dem Auswerten und dem Fix weiterer Positionen abläuft, liegt außerhalb meines Vorstellungsvermögens.

Dass sich aber andere auch anderswo - hier Japan- mit dem Problem der GPS-Zeiterfassung erfolgreich auseinandersetzen, zeigt folgender

Link

Wenn Du etwas damit anfangen kannst ...

An dem Thema 'Genauigkeit der Garmin-Uhr' hatten sich doch im Februar unter 'Allgemeines' auch noch andere beteiligt, stoßen die noch hinzu ?

BTW
Alan.
Alan ?
Who the f... is Alan ???

Grüße Roland

@Roland

zum Thema GPS-Zeit kann ich leider nicht so viel beitragen.
Aber zu "Metergenauigkeit" schon etwas mehr.
Wie den Meisten ja wohl bekannt ist schafft ein 1 Frequenzempfänger nach Herstellerangaben und angaben des US Militärs 7m Genauigkeit. dies kann sich durch gewisse Bedingungen leicht verbessern oder verschlechtern. Um Millimetergenauigkeit zu bekommen verwendet man zwei Frequenzempfängen und dazu noch DGPS. Eine Relative Genauigkeit von einem Millimeter ist da schon mal drin. Die Absolute Genauigkeit wurde zwar auch schon mal auf einem Millimeter bestimmt(Prof.Augath 2001)aber liegt ist in der Regel etwas schlechter.
Um diese Genauigkeiten hinzubekommen müsste man, wenn man Laufzeitdifferenzmessungen macht schon Atomuhren haben, doch ist das in der Regel nicht möglich. Also bedient man sich dem Verfahren der Phasenreststück-Messung. Über gewisse Korrelationstechniken kann man auch das L2 Signal nutzen und den verschlüsselten P-Code umgehen. Da die Wellenlänge von L1 19,05cm ist kann man das Phasenreststück schon genau ermittelt. Das Problem liegt in der Anzahl der Phasendurchgänge zwischen Satellit und Empfänger der so genannten Mehrdeutigkeit. Über verschieden Modele werde diese Gelöst und die Bestmögliche Position errechnet.
Meines Wissens arbeiten die handelsüblichen GPS-Empfänger im unteren Preissegment mit Code Messung und einer Frequenz.

Ich arbeite an einem System mit Echtzeitmessung(so weit wie es möglich ist) und offsets von bis zu 0,6 Sekunden sind da keine Seltenheit. Um dies zu beachten senden teuerer GPS Empfänger einen PPS-Impuls zum Rechner(Gerät), mit diesem kann man Systeminterne Laufzeitverzögerungen mit berücksichtigen. Leider gibt es keine mir bekannten Angaben über Laufzeitverzögerung im GPS – Empfänger. Da die handelsüblichen Empfänger das NMEA 0183 Format ausgeben muss man von internen Verzögerungen ausgehen. Damit kommt natürlich auch eine Verzögerung der Zeitangabe zustande. Wie groß diese ist und ob dies vielleicht durch eine offset ausgeglichen wird weis ich nicht

Mit freundlichen Grüßen

ossu

Hallo,

mit der Zeit kann man Zeit verplempern. Habe einige Zeit darauf verwandt, nach Links zu suchen, bin aber, was die tatsächlich eingebauten Quarze betrifft, nicht recht fündig geworden.
Die Angaben von Marcus fand ich z.B.
hier bestätigt.
Manche Links habe ich nur überflogen, einige gespeichert, um sie bei Gelegenheit nochmal durchzugehen. Dabei erfährt man auch, dass
Infineon
einen SiRF-StarIII-ähnlichen Chip mit VCXO herstellt (in Lizenz ?)

und: man findet Quarz-Verrückte

Dazu mußte ich lernen, dass mehr GPS-Module produziert werden, z.B. für Zeitvergleiche, als ich bisher wußte.

Und an ossu: Verständnisprobleme hab' ich da, wo andere einfach ein paar Chips und ein paar Transistoren (und Quarze!) auf einer Platine zu einem GPS-Modul zusammenlöten ...

Grüße Roland