GPS genauigkeit steigern?!

[andihas]

Hi @ all !

ich benötige eine genauere positionsbestimmung für ein mobiles fahrzeug! die normalen gps empfänger haben abweichungen von ca 2-10 m

daher meine überlegung:

ich möchte mir eine basistation mit gps und Funkmodul aufbauen!
im fahrzeug soll ebenfalls ein baugleiches gps modul und ein Funkmodul eigebaut werden!

das ganze soll ähnlich wie ein DGPS (Differential GPS) System funktionieren!

Die Basistation stellt die referenz GPS daten zur verfügung und sendet sie an das fahrzeug. nun wird die Position von der station mit der position des fahrzeuges verglichen! eigentlich müsste sich die genauigkeit so steigern lassen

nun meine Frage:

ist es möglich oder arbeiten die die GPS module zu ungenau? welche genauigkeit ist erreichbar? giebt es jemanden der soetwas schon realisiert hat?

mfg Andi

[plusminus]

Wie bekommst du die genauen GPS-Koordinaten deiner Basis-Station überhaupt raus ?

Wenn du die auf irgendeine Weise genau bestimmen könntest UND dann noch dazu kommt, dass die beiden GPS-Sender im absolut 100% gleichen Moment das GPS-Signal abtasten UND dass das eintreffende Signal exakt gleich verfälscht wurde (also die örtliche Ungenauigkeit genau um den gleichen Wert springen sollte), dann dürfte das zu machen sein...

btw, habe Kopfweh (wegen überhöhter Sonneneinstrahlung) also keine Garantie ob alle logischen Schlüsse korrekt sind =(

[voidpointer]

Es sollte möglich sein, sowas zu bauen. Aber wahrscheinlich hat es hier im Forum noch niemand versucht.

Die erreichbare Genauigkeit ist - nach dem was ich gehört und gelesen habe - so um die 50 cm. Es gibt Verfahren zur Analyse der Row-Daten des GPS-Empfängers, welche die Genauigkeit live auf 10cm und in der Nachberechnung sogar auf 1cm bringen. Die sind aber rechenintensiv und teuer.

Die genaue Position der Basisstation kann durch Mitteln der Messungen über einen längeren Zeitraum (mehrere Stunden) bestimmt werden. Sie ist nur dann wichtig, wenn das Fahrzeug eine absolute Positionsgenauigkeit benötigt. Wenn es aber nur "relativ" genau sein soll, d.h., den eigenen Startpunkt mit hoher Genauigkeit wieder erreichen soll, dann genügt m.E., dass die Basisstation die Abweichung gegenüber einer willkürlichen Position sendet.

Die GPS-Empfänger sollten dazu möglichst baugleich sein, eine ausreichende numerische Auflösung bieten und nicht zu weit auseinanderstehen. Wenn möglich, sollten sie beide dieselben Satelliten empfangen. Dann könnte es durchaus funktionieren. Viele GPS-Module haben auch schon einen Eingang für Korrektursignale, den man dann nutzen könnte.

Gruß, Achim.

[plusminus]

@voidpointer sowas würd ich sehr sehr gerne mal sehen... hast du da nen link oder so
50cm klingen ja noch realistisch, aber 10cm oder 1 cm o_O

Damit das ganze klappen könnte, musst du davon ausgehen, dass du Signale von genau den selben Satelliten empfängst, d.h. das die Signale die selben atmosphärischen Störungen durchlaufen haben sollten.
Dazu wie gesagt absolut baugleiche empfänger-module, am besten noch gleich getaktet...

Dann kannst du den Fehler zur statistisch ermittelten Position der BasisStation ermitteln und bei der Mobil-Einheit ""abziehen""

[Vitis]

Heutzutage wird die Landvermessung per DGPS gemacht
und da gehts definitiv im cm-Bereich.

[andihas]

hi!

danke für eure schnelle antworten!

@ Roboter1: glaube auch nicht das sich empfänger gegenseitig stören können!

@ voidpointer: benötige keine absolute positon (absolute position auf der erde) sondern lediglich die relative position von meiner basisstation zu meinem fahrzeug (diese jedoch so genau wie möglich).

@ plusminus: möchte das statistische ermittlen der positon vermeinden da ich keine absolute position benötige nur die relative von der basisstation, mein gedanke ist der das beide gps modue am gleichen zeitpunkt die selbe abweichung aufweisen! die differenz müsste "theoretisch" die relative positon von der basistation sein "ohne" abweichung (50 cm wären okay)

schade das noch keiner einen versuch gestartet hat!

das die beiden gps module immer die gleichen sateliten anpeilen sollten leuchtet mir ein! wird jedoch nicht immer möglich sein!

kennt jeman ein sehr gnaues (hohe auflösung, geringe abweichung) GPS-Modul oder Maus wenn möglich mit RS232 , NEMA Protokoll?

würde mich über weiteres feedback und denkanregungen freuen!

mfg Andi

[andihas]

hi
@ Vitis: DGPS ist sehr genau jedoch nicht billig wenn ich mich nicht irre benötigt man eine lizenz oder giebt es irgenwo ein dgps modul das ich mir leisten kann?

[Christian H]

Hallo,


Der Versuch einfach die Positionen der GPS - Mäuse zu nehmen und zu subtrahieren ist zum kläglichen Scheitern verurteilt.
Gründe:
GPS-Empfänger berechnen ihre Position, selbst wenn sie unmittelbar nebeneinander stehen, aus den Daten verschiedener Satelliten. Ursache hierfür sind z.B. stark schwankende Signalstärken infolge von Interferenzen. Jedes GPS berechnet mit statistischen Methoden aus seinen Daten seine wahrscheinlichste Position. D.h. die Positionen zweier unmittelbar benachbarter GPS korrelieren praktisch nicht. Dieses "poor man DGPS" ist schlechter als auf DGPS zu verzichten und die Positionsbestimmung durch Mittelung zweier GPS an einem Ort zu verbessern.



Ich habe letzte Jahr Versuche zu DGPS gemacht. Verwendet habe ich 2 GPS-Mäuse von Conrad GPS RECEIVER 16 KANAL CR4 (USB) Artikel-Nr.: 989777 - 62 für je 61 Euro. Der Chipsatz ist ein LEA-LA von U-Blox.


Primär ist als Anschluss ans Notebook ein USB Kabel vorhanden. Freudige Überraschung nach Aufschrauben der GPS-Maus und Studium des Datenblattes war ein UART Aus- und Eingang. NEMA- und Raw -Datensätze ließen sich damit z.B. direkt in einen ATmega32 übertragen.

Mitgeliefert wird eine umfangreiche Software zum Programmieren der GPS-Maus. Z.B. kann festgelegt werden welche der zahlreichen Daten ausgegeben werden. D.h. man programmiert vorab mit einem Notebook über USB die GPS-Maus, um festzulegen, welche Daten später über die UART-Schnittstelle ausgegeben werden.



2. positive Überraschung war, dass auch die Rohdaten ausgegeben werden.
Von den Rohdaten sind Carrier Phase und Pseudorange zu unterscheiden.

Pseudorange gibt quasi eine Entfernung in km zu den Satelliten an und ist bereits bei normalen Empfangsbedingungen zu erhalten. Genauigkeiten wie bekannt bei GPS : mehrere m.

Carrier Phase gibt die Zahl der empfangenen Phasen des Satellitenasignals an. Hierzu ist ein hohes Eingangssignal erforderlich, welches in der Regel nur unter optimalen Bedingungen im Freien zu erhalten ist. Im Status phased lock wird jeder aufgenommene Wellenzyklus erfasst und gezählt.

Erhält man in 2 GPS-Empfängern von mindestens 3 Satelliten die Carrier Phase, läßt sich durch Subtraktion dieser Carrier Phase x Wellenlänge und trigonometrischen Funktionen die relative Position der GPS-Mäuse auf cm genau bestimmen. (Berücksichtigt müsse werden müssen noch die s.g. Doppler - werte und der Zeitpunkt der Messungen um Gangunterschiede der GPS-Uhren auszugleichen). Die Berechnungen erfordern einen PC.


So weit, so gut. Nur für den praktischen Einsatz ist das ganze absolut untauglich.

Hauptproblem: Mehrfachausbreitung der GPS-Signale. Selbst bei 2 fast benachbarten GPS-Empfängern kann durch Interferenz das GPS-Signal unterschiedliche Wege durch Reflexion genommen haben. Diese Ausbreitung ändert sich ständig. Jeder Baum, jede Hauswand stört. Dies hat u.a. zur Folge dass die kontinuierliche Aufnahme eines GPS-Signals, bzw. das phase lock verloren geht. Um diesen Ausfall zu überbrücken, müssen immer mehr aus 3 Satelliten mit besten Signal empfangen werden. Korrekturwerte für die Zeit des Signalausfalls müssen kalkuliert und einberechnet werden. Durch plötzliche Änderung des Ausbreitungsweges von GPS-Signalen treten Sprünge in den Ortsangaben auf.


Empfehlenswert ist die website www.precision-gps.org. Als kostenlosen Download gibt´s Programme um Rohdaten (z.B. Rinex) auszuwerten, umzuwandeln und DGPS -Daten zu erhalten. O.g. GPS-Empfänger von Conrad sind aber hierfür nicht ausreichend. Geeignete GPS sind in der website angegeben.




Ich bin gerade erst über diesen Beitrag gestoßen. Die Antwort ist deshalb vielleicht etwas chaotisch. Ich müßte mich halt erst wieder mit der Materie beschäftigen. Bei weiterhin bestehenden Interesse kann ich demnächst mein BASIC-Programm zu DGPS wieder ausgraben und hier reinstellen.


Mit freundlichen Grüssen


Christian

[plusminus]

Das was wir schon vermutet hatten etwas didaktisch aufbereitet und 10x fundierter

Danke für die Infos

[voidpointer]

Hallo,

danke an Christian für den Erfahrungsbericht. Zum einen beschreibt er das Verfahren, das ich nur laienhaft angedeutet hatte. Zum anderen ist es natürlich schade, dass es mit dem DIY-DGPS nicht funktioniert. Hatte mir da eigentlich auch Hoffnung gemacht - aber auch bei den U-blox-Moduln gibt es wohl Unterschiede.

Zur Ergänzung noch eine Story. Vor vielen Jahren (vielleicht 2002) war ich mal zufällig auf einer Landwirtschaftsmesse. Auf einem Acker am Rand der Messe zog ein "handelsüblicher" Traktor ohne Fahrer seine Bahnen. Am Rande des Ackers stand auf einem stabilen Stativ die Basisstation und daneben eine Dame, die über Mikro erklärte, dass man mit diesem System eine Genauigkeit von einem halben Meter erreiche - der Traktor koste allerdings das doppelte des üblichen Preises. Daher kam der Gedanke, dass man sowas auch selbst bauen könnte...

Ich kann hier höchstens noch einen Link auf die Software RTKNav beisteuern, aus deren Beschreibung man vielleicht mehr zum Verfahren lesen kann.

Gruß, Achim.