Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Allgemeine Fragen zu GPS und verwandten Themen

Moderator: Roland

Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Jörn Weber » 12.01.2009 - 17:38

Hallo Thomas,

KoenigDickBauch hat geschrieben:Hallo Jörn,
Jörn Weber hat geschrieben:Der Unterschied liegt in der Startgeschwindigkeit beim Einschalten. Ich habe es mit Systemen MTK und u-blox getestet. Günter berichtet gleiches von Skytraq. Ein mit AGPS gefütterter Empfänger brauch im Durchschnitt 5 Sekunden bis zu ersten Fix. Und dieser Fix ist dann auch ein endgültig stabiler und optimaler Fix, während Empfänger ohne AGPS immer noch nach dem ersten Fix noch ca. 30 bis 60 Minuten bis zum optimalen Fix benötigen.

Benötigen sie dazu eine interne durchlaufende Uhr? Oder reicht ihnen schon der Empfang eines Satelliten um ihre Uhr hinreichend zu synchronisieren?


Alle mir bekannten AGPS-Empfänger verwenden einen TCXO. OCXO's werden nur bei Timing-Applikationen verwendet. Reine XTal-Lösungebn werden nur noch von älteren Chips verwendet.
Es ist nur die Kurzzeitstabilität interessant. Aus dem ersten drei empfangenen Satelliten kann wegen der genauen Kenntnis der Bahnelemente und der Uhrenfehler sofort im ersten Durchlauf der Fix berechnet werden. Ein absoluter Uhrenfehler stört dabei nicht, da er gegenüber allen um Ihren eigenen Fehler korrigierten Satelliten gleich ist. Spätestens beim zweiten Schleifendurchlauf passt auch die lokale Uhr des Empfängers. Der Empfänger erspart es sich also ausgehend vom fehlerbehafteten Almanach sich den realen Bahndaten und Uhrenfehlern in einer Iterrationsschleife anzunähern um dann einen Fix zu finden. Hat der herkömmliche Empfänger dann erst einmal einen Fix, dann besitzt er immer noch keinen optimalen Fix, da er dann immer noch nicht die kompletten Ephemeriden kennt. Erst wenn diese komplett bekannt sind, dann ist ein optimaler Fix bei einem Empfänger ohne AGPS möglich. AGPS verhindert also auch die Artefakte, welche im Tracklog bei Aufstarten des Empfängers entstehen.
Da die AGPS Daten den von einem leistungsfähigen Computer prognostizierten dynamischen Fehler für die Bahnelemente enthalten, altern sie zu Beginn ihres lebenszyklus auch nicht so schnell wie die Ephemeriden oder gar das Almanach. Das ist wiederum nützlich, wenn ein neuer Satellit am Horizont hochkommt. Die Ephemeriden hingegen enthalten nur den statischen momentanen Fehler der Satelliten beim Überflug der letzten Bodenkontrollstation. Das heißt die Bahndaten sind eigentlich schon gealtert, wenn sie in Form von von Ephemeriden beim Empfänger ankommen. Die Kunst des AGPS ist es, nun aus den historischen Bahndaten der Satelliten die zukünftigen Bahndaten zu berechnen. Dabei gilt, um so genauer das Schwerkraftmodell der Erde ist, um so genauer ist die Prognose.


Gruss Joern Weber
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Roland » 12.01.2009 - 19:56

Hallo Jörn,

nochmal zu den Ephemeriden.

Ich meinte mit "einer Woche" und "2-4 Stunden" die GPS-Satelliten-Updates.
Was die Empfänger daraus machen, ist ja gerade das Fragliche.
Was die A-GPS-Empfänger machen, kann man Deinen und Michaels Veröffentlichungen entnehmen.

Unter uns, mich quälen folgende Zweifel.
1.
Ich zweifle daran, dass die Hersteller mit hohem Aufwand, gar mit eigenen Referenzstationen, eigene 'hochgenaue' Ephemeriden erzeugen. So wollten mir das bekannte Hersteller einreden, auch der aus der Schweiz. Mein zweites schlechtes Ich sagt mir, dass die im Netz abrufbaren Ephemeriden völlig ausreichen und die Hersteller diese nur in ein für ihren Chip passendes Format umsetzen ...


2.
Ich zweifle an den Aussagen zu eigenen hochgenauen Ephemeriden ('unser eigener Kalman-Filter' ...)
Was sollen Ephemeriden genauer als ein Meter ? Überschlägig entspricht ein Meter Fehler im Orbit auf der Erdoberfläche einem Fehler von 25 cm (Dreisatz). Genauer wollen wir doch unsere Position nicht ?
Nachtrag: Darüber wäre ich bereit zu verhandeln. Drüben beim "GPS in der Praxis" geht's um VDOP und HDOP und da kamen mir Bedenken, es könnten dann auch Metergenauikeit in der Position sein. Man müsste sich mal mit Papier und Bleistift hinsetzen ...

Der Vorteil von A-GPS liegt darin, dass so ein Ephemeridenpaket (von 50 KB?) schnell abgerufen und mit der genäherten Position aus der Zellortung gezielt auch schwächerer Satellitensignale getrackt werden können.

Also ein normaler Empfänger könnte die Ephemeriden doch auch speichern ? Und bei jedem Anschalten updaten ?

Klär mich auf.

P.S.
Das von mir zitierte Skript ist ja wirklich gut. Das muss mal Einer sagen ...
Wusste bisher nicht, dass es ein IGS97-Bezugssystem gibt (und folgende).
Was ist denn daran nun besser als ITRS :shock:


Grüße Roland
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Deichgraf » 12.01.2009 - 20:13

Hi, Thomas
mein Triton 1500 hat ohne Sat-Empfang keine Uhrzeit parat, das aktuelle Datum kennt er dann auch nicht.

Mein GPS 72 startet mit Uhrzeit und Datum, aber nach längerer Pause hängt die Uhr doch schon einige Minuten nach, mit dem Sat-Fix wird auch sie dann richtig nachgeführt.

Gruß
Günther
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Jörn Weber » 12.01.2009 - 20:57

Hallo Thomas,

KoenigDickBauch hat geschrieben:
Jörn Weber hat geschrieben:Der Unterschied liegt in der Startgeschwindigkeit beim Einschalten. Ich habe es mit Systemen MTK und u-blox getestet. Günter berichtet gleiches von Skytraq. Ein mit AGPS gefütterter Empfänger brauch im Durchschnitt 5 Sekunden bis zu ersten Fix. Und dieser Fix ist dann auch ein endgültig stabiler und optimaler Fix, während Empfänger ohne AGPS immer noch nach dem ersten Fix noch ca. 30 bis 60 Minuten bis zum optimalen Fix benötigen.

Benötigen sie dazu eine interne durchlaufende Uhr? Oder reicht ihnen schon der Empfang eines Satelliten um ihre Uhr hinreichend zu synchronisieren?


Die Uhr muss nicht durchlaufen, dann dauert aber die Synchronisation länger, denn dir Uhrzeit muss ja vom ersten Satelliten erst einmal geholt werden, was wiederum einige Sekunden kostet. Daher ist eine durchlaufende Uhr immer besser. Wir kommst Du auf diese Idee. Hast Du einen Empfänger, bei dem der Goldcap defekt ist?

Gruss Joern Weber
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Knappi » 14.01.2009 - 13:25

Taurus hat geschrieben:
Knappi hat geschrieben:Ich denke, das Ganze könnte noch dadurch beschleunigt werden, wenn die einzelnen Satelliten den Almanach zeitversetzt senden würden.


Nein, macht es nicht. Zum einen ist es nicht möglich den Sendezeitpunkt so zu gestalten das die Satelliten hintereinander senden, da sich die Satelliten ja bewegen und die Synchronisierung des Sendezeitpunktes nur für einen Ort auf der Welt möglich ist...
Zum anderen läuft ja die Auswertung der einzelnen Satellitendaten parallel ab, wodurch es völlig Wurscht ist wer wann sendet...


Hallo Taurus!
Ich halte beide Aussagen für falsch. Weshalb soll es nicht möglich sein, die Satelliten zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit der Sendung des Almanach beginnen zu lassen??
Beispiel:
Ich habe mit dem Programm Planing von Trimble die Sichtbarkeit einzelner Satelliten für den Standort Stuttgart zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgewertet. Fazit: Bei freiem Himmel, usw. empfange ich Satelliten aus fünf Bahnebenen geleichzeitig. Nehmen wir an es sind nur drei der sechs Bahnebenen, deren Satelliten ich ständig empfangen kann. Würde man also jetzt mit der Sendung des Almanchs nicht synchron beginnen, sondern versetzt, könnte man damit erreichen, dass man die komplette Almanach bereits nach ~4 min empfangen hat.
Dazu würden die Satelliten der Bahnebene 1 und 4 mit dem Subframe 1 beginnen,
die Satelliten der Bahnebene 2 und 5 mit dem Subframe 9
und die Satelltiten der Bahnebene 3 und 6 mit dem Subframe 16.
Das geht nicht ganz auf, da es 25 Subframes sind. Aber da ich aus mindestens drei Bahnebenen Satelliten empfange, habe ich nach 30s * 9 Subframes= 4:30 min den kompletten Almanach heruntergeladen.

Taurus hat geschrieben:Zum anderen läuft ja die Auswertung der einzelnen Satellitendaten parallel ab, wodurch es völlig Wurscht ist wer wann sendet...

Genau das ist der springende Punkt und es ist eben deshalb nicht wurscht. Da alle Satelliten zur selben Zeit mit der Sendung des Almanach anfangen, benötige ich 12,5 min um ihn komplett zu empfangen. Nach oben beschriebener Vorgehensweise wären es nur 4,5 min.
Also muss es andere Gründe geben, weshalb die Satelliten so ticken wie sie ticken!

Grüße

Thorsten
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Taurus » 14.01.2009 - 20:54

Knappi hat geschrieben:Da alle Satelliten zur selben Zeit mit der Sendung des Almanach anfangen, benötige ich 12,5 min um ihn komplett zu empfangen.


Nun mal langsam... nicht der Almanach braucht 12,5min um gesendet zu werden, sondern die gesamte Navigationsnachricht. Also die Ephemeriden eines Satelliten, Uhrenkorrektur, Klobuchar-Modell, Almanach und der ganze andere Kram... und irgendwo in dieser Nav-Nachricht steckt der Almanach drin. Um den aber aus den Signalen lesen zu können, musst du erstmal auf einem Satelliten einen Lock haben, denn solange der PRN_Code auf dem Signal ist, sind die Navigations-Daten unlesbar... nach deinem Verfahren müsste ich also sowieso erstmal auf mindestens 3 Satelliten (da deine 3 Bahnebenen) einen Lock haben um überhaupt an meinen Almanach zu kommen. Da kann ich es auch gleich lassen, denn ich hab schon einen Fix (zwar ohne Höhe) und den vierten Satelliten findet der Empfänger schnell wenn er sowieso schon 3 hat.

Wenn ich dich richtig Verstehe, lässt du jede Bahnebene zu einem anderen Zeitpunkt senden... so würde es gehen, ich war in der Annahme du willst alle Satelliten zu unterschiedlichen Zeitpunkten senden lassen.

Knappi hat geschrieben:Also muss es andere Gründe geben, weshalb die Satelliten so ticken wie sie ticken!

Hey... wir leben im 21 Jahrhundert. Vergiß die Mechanik... Satelliten ticken nicht, sie piepen !!! Sind doch digital !!! Man man man... *kopf schüttel* :lol:
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon XPosition » 19.01.2009 - 19:48

Hier noch ein guter Artikel(englisch) zu dem Thema.
http://www.insidegnss.com/auto/novdec08-gnss-sol-v1.pdf
Auch in der Hinsicht, wie man die Almanach Daten nutzt um den Dopplerwert abzuschätzen, damit man einen Satelliten schneller findet.

Hier noch mal die Bahn-Daten(englisch), die in den Ephemeriden vorkommen.
Die mit (x) markierten sind die 6 Almanach Bahndaten.

Square root of semi-major axis (x)
Eccentricity (x)
Inclination (x)
Rate of Inclination Angle
Delta mean motion
Rate of right ascension (x)
Right ascension at epoch (x)
Perigee (x)
Latitude second harmonic sine term
Latitude second harmonic cosine term
Radius second harmonic sine term
Radius second harmonic cosine term
Inclination second harmonic sine term
Inclination second harmonic cosine term
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Roland » 20.01.2009 - 22:17

Hallo und danke.

Danke für einen sechsseitigen Artikel.
Den kann ich in einem Rutsch durchlesen.
Dass der Almanach inzwischen jeden Tag hochgeladen wird !
Man müsste mal reinschaun, wieweit sich was ändert. Man müsste - so manches ...

Grüße Roland
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Knappi » 26.01.2009 - 18:01

Jetzt ist die Sache wohl geklärt!

Ich habe heute mit einem Mitarbeiter von Topcon telefoniert. Es trifft nicht zu, dass die Empfänger zunächst die Subframes 4 und 5 komplett empfangen müssen, um einen FIX zu bekommen. Bei Topcon-Geräten ist die Kaltstartzeit unter einer Minute. Somit ist meine Vermutung also richtig, dass die Uhrenkorrektur- und Ephemeriden-Daten aus den Subframes 1-3 ausreichen, um einen FIX zu bekommen und das unter einer Minute.

Ich habe mir die Gebrauchsanweisung meines Navilock NL-456DL EasyLogger genauer angesehen. Da wird mit einer durchschnittlichen Kaltstartzeit von 34 Sekunden geworben (http://www.navilock.de/view/Handbuch/60 ... n_121b/492 auf Seite 13).
Ich habe per Software einen Kaltstart durchgeführt und den Logger ruhig auf der Stelle liegen lassen. Siehe da, nach weniger als einer Minute hatte ich einen FIX. :D


Grüße

Thorsten
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Re: Verständnisfrage Ephemeriden Almanach

Beitragvon Roland » 27.01.2009 - 22:41

Hallo Thorsten,

ich schimpfe jeden, der noch von WGS84 und fünf Ground-Control-Stations spricht. ITRS und 11 (12?) ist richtig.
Muss mich korrigieren, 17 Monitor-Stations
http://pnt.gov/public/2007/2007-04-japan/miller.ppt

Aber in der Receiver-Technology bin ich rückständig.

Ich kannte nur "Search the Sky" nach einem einzelnen Satelliten, um über dessen Almanach-Daten
an die verfügbaren Satelliten zu kommen. Dieser Schritt ist wohl ein Umweg. Die Suchstrategien sind hard- und softwaremäßig so optimiert, dass parallel nach allen 32 Signalen gesucht wird. "In weniger als 2 Sekunden hat man 12 Signale, ohne jede Vorab-Information" stand in einem Beitrag. Dann kann man ja 18-30 sec Ephemeriden runterladen und hat noch 2-3 sec Zeit für einen Fix. Der Antaris4 scheint da eine Lösung zu haben.

Ich halte mich wohlweislich zurück, weil ich keinen Überblick über die möglichen- auch herstellerabhängigen- Fix-Verfahren habe. Und was noch Theorie oder schon Praxis ist.
Habe jetzt erst gelesen, dass der Antaris4 z.B. einen "Almanach-Fix" gestattet mit ca. 1 km Genauigkeit.
Und je nachdem was im Chip an Informationen gespeichert wird, kommt man zu verschiedenen Lösungen und verschiedenen Start-Zeiten.

Hat das Handbuch zum Navilock mit Antaris4 eine kleine Macke ?
Warm-Start ist mit Almanach ohne Ephemeriden...
Aber halt, die Definitionen, was einen Factory-/Autonomous-/Cold-/Warm-/Hot-Start ausmacht, schwanken.

Danke für den Fingerzeig
Roland
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