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Es ist in puncto Navigation einiges passiert. Mittlerweile kann sich (fast) jeder ein Navigationssystem leisten, mit dem man sich auf dieser Welt zurchtfinden kann.

Für manche mag es wichtig sein, zu wissen, wo sie sind - für viele ist das GPS - Signal eine wunderbare Spielerei, mit der man die Zeit verbringen kann.

Eigentlich ist es unglaublich, dass man per Satellitensignal so genau die eigene Position erkennen kann. Mitunter kommt noch dazu, dass man weiss, in welcher Höhe über NN man sich befindet. Hierzu muss man bemerken, dass die gemessenen Angaben nicht hundertprozentig genau sein können. Hier muss man Toleranzen von mehr als 100 Meter akzeptieren. Und dennoch: es ist schon ein technischer Fortschritt, dass man solche Ergebnisse überhaupt empfangen kann.

Denken wir einfach einmal ein paar Jahre zurück. Um in den Bergen zu wissen, auf welcher Höhe man sich befindet war lediglich das barometrische Verfahren zur Höhenmessung praktikabel. Kannte man die Höhe des Ausgangsortes, so konnte man den Höhenmesser eichen. Änderte sich jedoch das Wetter an diesem Tage, so war es mit der Genauigkeit schon wieder hin. Wetteränderung = Luftdruckänderung = Ungenauigkeit.

Da ist es schon toll, dass man unabhängig vom Barometer noch eine universelle Messmethode hat: Höhenmessung per GPS.

Ich habe nun über einen längeren Zeitraum die Beobachtungen an meinem GPS - Empfänger mitgeschrieben. Wenn ich alles in allem resümiere, so wohne ich auf 54 Meter NN - obwohl ich auch schon bei 150 Meter und sogar bei -16 Meter war. Die 54 Meter als Langzeitmittelwert sind absolut ok. Nun wollte ich hier eigentlich gar nicht über die Höhe sinnieren, sonden darauf antworten, welche (aufgrund einiger Gästebucheinträge) Voraussetzungen ich an eine Navigation stelle.

Das GPS - Signal ist eine tolle Ingenieurleistung, die gar nicht hoch genug eingeschätzt werden kann. Es waren kühne Ideen, die hier in den 70/80 er Jahren vorgedacht wurden. Wer konnte daran glauben, dass es einmal so leicht sein wird, das komplexe Signal vom Himmel so einfach zu dekodieren.

Für den privaten Einsatz einer GPS - Navigation sind nun mehrere Möglichkeiten gegeben. Man kann sich in sein Auto ein Navigationsradio einbauen lassen. Ich bezahlte dafür bei BMW 1400 Euro. Das System ist komplett doof. Man kann noch nicht einmal abfragen, wieviele Satelliten empfangen werden. Wer sich für technische Dinge interessiert, der sollte hier die Finger davon lassen. Mir erscheint es als absoluter Wucher, wenn man für diesen Preis ein so primitives Produkt abliefert.

Es geht ja auch anders: man kann seine Navigation mit einem GPS - Empfänger mit Display veranstalten. Hier sind viele Geräte auf dem Markt, die alle Vorteile und Nachteile aufzeigen. Ich persönlich habe einen Garmin etrex zur Bestimmung der Koordinaten, zur Messung der Höhe, evtl. zur Rückverfolgung eines Wegpunktes. Das funktioniert eigentlich alles sehr gut und ich möchte das Gerät nicht mehr missen. Obgleich sich ein Nachteil einschleicht: ich kannkeine EGNOS - Signale mit dem etrex empfangen.

Wer sich für Technik interessiert, der möchte dies vielleicht gerade - macht nichts - geht nicht.

Die nächste Möglichkeit stellen die sogenannten GPS - Mäuse dar. Ich habe da eine Garminmaus, die nur sehr enige Signale liefert. Die Maus ist insofern zu gebrauchen, da sie das GPS-Signal in seiner Grundform liefert. Zur Orientierung benötigt man eigentlich nur ein GPS - Telegramm.

Wer $GPGGA empfängt, der kennt die Koordinaten und die Zeit - vollkommen genug, um navigieren zu können.

Das GGA - Telegramm kann so aussehen:
$GPGGA,075630,5054.2612,N,00657.8634,E,1,04,4.6,53.4,M,47.3,M,,*7F

Die einzelnen Einträge sind jeweils mit einem Komma getrennt. Sie bedeuten:

075630 Hier wird die aktuelle Zeit des ausgestrahlten Telegramms geliefert. In diesem Fall ist es 07 Uhr 56 Minuten und 30 Sekunden; und zwar in UTC, das heisst Greenwich time. In unserem Falle kommen noch zwei Stunden (da Sommerzeit) hinzu, laso 09 Uhr 56 Minuten und 30 Sekunden.

5054.2612 Hier wird der Breitengrad der aktuellen Position geliefert - nach dem sogenannten NMEA - Protokoll, das meistens zur Anwendung kommt. Das N hinter dem Datensatz bedeutet, dass die gelesene Koordinate eine Nordkoordinate ist. Wären wir über den Äquator hinweg, so käme hier ein S.

00657.8634 Hier werden die Koordinaten des Längengrades geliefert, wieder nach NMEA. Danach kommt ein E, was signalisiert, dass wir uns östlich des 0. Längengrades in Greenwich sind. Wären wir im Atlantik oder in Amerika, so käme hier ein W.

Danach kommt eine 1, was bedeutet, dass das GPS - Signal empfangen wird und die Werte gültig sind. Wäre hier eine 0, so wäre kein GPS - Empfang möglich. Wäre hier eine 2, so würden wir ein DGPS - Signal empfangen. DGPS = differential GPS.

die 04 danach signalisiert die Anzahl der empfangenen Satelliten.

---- wird fortgesetzt ---

Jetzt liest man es überall: GPS wird ungenau werden. Das, was ich vor ein paar Tagen vermutete und was sich als Messfehler herausstellte, ist jetzt in den Köpfen der Automobilverbände AVD und ADAC festgezurrt:

"So wie beim letzten Golfkrieg die Signale ungeneau gemacht wurden, so wird es jetzt auch wieder geschehen", erklären sie.

Dieser Ausspruch ist wohl (was den letzten Golfkrieg angeht) total falsch. Es war genau anders herum. Wieso?

Das GPS - System ist ein rein militärisches Navigationssystem, das den Amerikanern gehört. Dass man damit auch zivil arbeiten kann, ist eine nette Zugabe der Miltärs. Von Anfang an war das System in zwei Genauigkeitsstufen eingeteilt:

Obwohl dem zivilen Nutzer mit den käuflichen Geräten nicht der präzisere P-Code, sondern nur der ungenauere C/A-Code (SA, Selective Availability) zur Verfügung steht, waren selbst die Entwickler des NAVSTAR-Systems über die erreichte Genauigkeit mit dem schlechteren C/A-Code überrascht.

Als noch die Idee des Korrektivs D-GPS (differential GPS) hinzukam (damit kam man auch mit dem schlechten C/A - Code auf metergenaue Messungen), war das GPS-System für höchste zivile Ansprüche tauglich. Der Unterschied zwischen dem genauen P-Code und dem C/A - Code liegt vor allem darin, dass man als Bürger keine P-Code - Geräte kaufen kann (wahrscheinlich auch nicht bezahlen kann).

Und jetzt kommt die Fehleinschätzung der Genauigkeit während des ersten Golfkrieges: Das GPS - System war noch relativ jung und Geräte zum Empfang nicht genügend vorhanden. Vor allem die sündhaft teuren P-Code Geräte waren nicht sofort verfügbar.

Was macht man als Militärmacht? Man nimmt die Ungenauigkeit aus dem System, so dass man auch mit zivelen Empfängern arbeiten kann. So geschehen 1990.

Die Verschleierung des Signals wurde dann am 1. Juli 1991 wieder eingeschaltet - und dann überraschender Weise von Bill Clinton am 1.5.2000 wieder entfernt.

Es ist es fraglich, ob die Amerikaner irgendeinen Nutzen davon hätten, das System ungenau zu machen, zumal die moderne Navigationselektronik andere Methoden kennt, um sich auf den rechten Weg zu begeben.

Was jedoch schrecklich wäre: manche behaupten, man könne die Satelliten veranlassen auf bestimmten Positionen der Umlaufbahn ihre Sendetätigkeit auszuschalten. Wenn das möglich wäre (warum eigentlich nicht), dann wäre es plötzlich in manchen Landstrichen navigationstechnisch gesehen recht dunkel.

Ich habe gestern (22.3.2003) noch einmal die GPS-Signale überprüft. Mit zwei etrex - Empfängern von Garmin habe ich meine Hauskoordinaten über einen längeren Zeitraum mitgeschnitten und kam dabei bei beiden Geräten auf eine Differenz von +- 25 Meter. Diese Werte unterscheiden sich nicht von früher gemessenen Werten. Man muss dazu sagen, dass ich am Schreibtisch nur Satelliten messe, die von weitgehend von Osten her einfallen. Maximale Satellitenzahl war 4. Würde ich micht unter freiem Himmel befinden, so wäre die Genauigkeit sicherlich noch höher.

Dies zeigte sich dann bei einer Fahrt nach Bonn, bei der ich 10 Satelliten auffing und laut Garmin eine Genauigkeit von 6 m hatte. Es scheint also nichts dran zu sein an der Verschlechterung des C/A - Codes beim amerikanischen GPS-System, was man in letzter Zeit von vielen Seiten hörte.

Dies sagt im Moment auch die Seite
http://www.garmin.de/GPS-Genauigkeit.html
Hier wird die aktuelle Genauigkeit/Ungenauigkeit der GPS-Signale dargestellt.
(Schon blöd, dass man die Links aus juristischen Gründen besser nicht aktiv macht)

Und siehe da, auch die amerikanische Regierung beschwichtigt:

U.S. Policy Statement Regarding Civil GPS Availability March 21, 2003

The United States Government recognizes that GPS plays a key role around the world as part of the global information infrastructure and takes seriously the responsibility to provide the best possible service to civil and commercial users worldwide. This is as true in times of conflict as it is in times of peace.
The U.S. Government also maintains the capability to prevent hostile use of GPS and its augmentations while retaining a military advantage in a theater of operations without unduly disrupting or degrading civilian uses outside the theater of operations.
We believe we can ensure that GPS continues to be available as an invaluable global utility at all time, while at the same time, protecting U.S. and coalition security requirements.

So gelsen unter:
http://www.igeb.gov/sa.shtml

Da ich gerade beim GPS war, habe ich endlich einmal die Positionen der Satelliten dargestellt. Bei meiner Garmin-Maus bekam ich dazu keine Informationen. Doch beim etrex werden ja die Positionen am Himmel aufgezeigt. Sieht man sich das Protokoll an, das der etrex liefert, so wird schnell klar, dass die Informationen in einem Telegramm $GPGSV stecken. Aus der Vielzahl der Informationen habe ich einmal die entsprechenden Telegramme herausgenommen:

$GPGSV,3,1,12,02,43,217,43,03,82,269,00,08,10,322,00,15,50,063,32*75
$GPGSV,3,2,12,16,30,187,38,17,16,062,00,18,50,078,00,23,42,060,00*7D
$GPGSV,3,3,12,26,08,024,00,27,10,301,00,29,03,010,00,31,49,294,33*7F

Hinter diesen Informationen stecken die Aussagen über die sichtbaren Satelliten und die Feldstärke der empfangenen Signale. Fangen wir einmal mit der Erkärung an:

$GPGSV = $GP ist ein GPS - Signal, GSV ist die Info zu den (visible) sichtbaren Satelliten.
3: drei Informationsblöcke dieser Art gehören zusammen.
1: dieses ist Informationsblock Nr. 1
12: 12 Satelliten werden gesehen
02: Satellit 02 ist nun ausgesucht
43 : Satellit 02 hat eine Elevation von 43 Grad
217: Satellit 02 hat einen Azimuth von 217 Grad. (0 Grad = Nord) hier also SüdOst
43 : Satellit 02 wird mit Feldstärke 43 empfangen und ist damit aktiv verwertbar.

03 jetzt kommt das gleiche für den Satelliten 03 usw ebenso im 2. und 3. Telegramm

Wenn man die Werte geschickt aus den Telegrammen holt, so kann man die Satellitenverteilung darstellen. Hier ist es hilfreich, wenn man den sin und cos und pi noch nicht ganz vergessen hat.

Ein erstes PDA-Programm ist unten abgebildet. Es wird später in das GPS-Programm von mir integriert.

Die roten Punkte entsprechen den aktiv empfangbaren Satelliten, die grau unterlegten Kreise zeigen zwar sichtbare Satelliten an, die jedoch keine verwertbaren Signale schicken.

 
   

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