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\documentclass[a4paper,11pt]{scrreprt}
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\usepackage[left= 4.5cm, right = 1.5cm, bottom = 2cm]{geometry}
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\include{030_einleitung}
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\include{040_3_4_grundlagen_protokolle_internet}
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\include{060_4_implementierung_rover}
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\include{060_5_implementierung_rover}
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\let\clearpage\relax
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\include{065_1_bewertung}
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\include{065_2_bewertung}
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\include{070_resuemee}
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\chapter{Einleitung}
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\section{Motivation}
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Allgemeine Positionsbestimmungen mittels GNSS im Meterbereich sind bereits für viele Anwendungsbereiche ausreichend. So konnte damit die Navigation revolutioniert werden, indem die eigene Position auf digitalisierten Karten angezeigt wurde. Dadurch kann die Route zum Ziel berechnet werden und die Fahrenden mit Anweisungen zum Ziel navigieren. Dabei kam das erste GPS basierte Navigationsgerät 1990 auf den Markt. Allerdings wurde die reine Navigation mittels GPS erst möglich, als die künstlichen Beschränkungen des Systems entfernt wurden \cite[]{wikiNavi}.
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Allgemeine Positionsbestimmungen mittels GNSS im Meterbereich sind bereits für viele Anwendungsbereiche ausreichend. So konnte damit die Navigation im Automobilbereich revolutioniert werden, indem die eigene Position auf digitalisierten Karten angezeigt wurde. Dadurch kann die Route zum Ziel berechnet werden und die Fahrenden können mit Anweisungen zum Ziel navigieren. Dabei kam das erste GPS basierte Navigationsgerät 1990 auf den Markt. Allerdings wurde die reine Navigation mittels GPS erst möglich, als die künstlichen Beschränkungen des Systems entfernt wurden \cite[]{wikiNavi}.
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Durch hochgenaue Positionsbestimmungen konnten weitere Anwendungsbereiche erschlossen werden. Dabei sind einige von diesen Positionslösungen auf geschlossene Systeme wie beispielsweise in Lagerhallen für automatische Lagerhaltung mit selbstfahrenden Robotern begrenzt. Da jedoch auch der Bedarf nach globalen hochgenauen Systemen zur Positionsbestimmung bestand, wurden die GNSS weiterentwickelt und es wurde die Möglichkeit geschaffen durch kontinuierliche Referenzmessungen die Genauigkeit in den niedrigen Zentimeterbereich anzuheben \cite[]{Bauer2018}.
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Mit dieser Genauigkeit ist es etwa möglich, kartografische Aufgaben mit GNSS und RTK zu bewältigen. Neben anderen Industriezweigen profitiert die Landwirtschaft ebenfalls von dieser Technologie, indem Traktoren damit in der Spur gehalten werden und so die Felder effizienter bewirtschaften können. Neben der professionellen Landwirtschaft kommt RTK inzwischen auch in kleineren Gärten zum Einsatz in Form von autonomen Rasenmähern. Diese können dadurch ohne physische Begrenzungen im Garten navigieren und gewünschte Schnittmuster des Rasens erzeugen \cite[]{rasenRtk}.
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Mit dieser Genauigkeit ist es etwa möglich, kartografische Aufgaben mit GNSS und RTK zu bewältigen. Neben anderen Industriezweigen profitiert die Landwirtschaft ebenfalls von dieser Technologie, indem Traktoren damit in der Spur gehalten werden und so die Felder effizienter bewirtschaften können. Neben der professionellen Landwirtschaft kommt RTK inzwischen auch in kleineren Gärten zum Einsatz in Form von autonomen Rasenmähern. Diese können dadurch ohne physische Begrenzungen im Garten navigieren und gewünschte Schnittmuster erzeugen \cite[]{rasenRtk}.
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\section{Zielsetzung}
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Die Ziele lassen sich in drei Arbeitsbereiche unterteilen, welche zusammengenommen ein bereits bestehendes Projekt über ein Fahrzeug so erweitern sollen, dass dieses eine Patrouillenfahrt um ein Gebäude oder anderen Bereich ausführen kann.
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Der erste Bereich widmet sich der Breitstellung einer Referenzstation zur Erzeugung von Korrekturdaten, mit deren Hilfe es GNSS-Modulen möglich ist, Positionsbestimmungen im Zentimeterbereich durchzuführen. Der Installationsort einer solchen Station unterliegt mehreren Anforderungen, welche berücksichtigt werden müssen. Durch die Bindung an einen bestimmten Installationsort muss adäquate Hardware ausgewählt werden. Weiterhin sollen die erzeugten Daten öffentlich zur Verfügung gestellt werden, damit das System auch über diese Arbeit hinaus einen Mehrwert bietet.
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Wenn der erste Bereich abgeschlossen ist, kann mit dem zweiten begonnen werden. In diesem soll das bestehende Projekt erweitert werden, sodass dieses die Daten von der Referenzstation nutzt. Mit der dadurch zu erlangenden Positionsbestimmung soll eine autonome Navigation entlang von abgefahrenen Routen ermöglicht werden. Damit die Steuerung des Fahrzeugs erleichtert wird, soll dem Projekt ein Gyroskop hinzugefügt werden.
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Wenn der erste Bereich abgeschlossen ist, kann mit dem zweiten begonnen werden. In diesem soll das bestehende Projekt erweitert werden, sodass dieses die Daten von der Referenzstation nutzt. Mit der dadurch zu erlangenden Positionsbestimmung soll eine autonome Navigation entlang von zuvor manuell abgefahrenen Routen ermöglicht werden. Damit die Steuerung des Fahrzeugs erleichtert wird, soll dem Projekt ein Gyroskop hinzugefügt werden.
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In dem letzten Bereich sollen Erkenntnisse aus den ersten beiden Bereichen gesammelt und analysiert werden. Dazu sollen verschiedene Tests durchgeführt werden, welche die erarbeiteten Funktionen testen. Zusätzlich soll ein Vergleich zwischen der aus dem ersten Bereich errichteten Referenzstation und dem vom Bund betrieben Netz aus Referenzstationen im Hinblick auf die Positionsgenauigkeit gezogen werden.
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\chapter{Grundlagen}
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Dieses Kapitel startet mit der Beschreibung des vorhandenen Fahrzeugs, dem Rover, anhand der darüber verfassten Projektarbeit. Dabei ist die Systemarchitektur und die vorhandenen Schnittstellen von besonderer Relevanz, da diese genutzt werden müssen, um die nötigen Implementierungen für diese Arbeit ausführen zu können. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden die notwendigen Protokolle erläutert. In diesem Abschnitt wird besonderes auf die Erläuterung der Funktionsweise von GNSS und den Möglichkeiten für Korrekturen der Positionsdaten eingegangen. Darauf folgt eine Beschreibung der Funktionen von Hardwarekomponenten. Geschlossen wird das Kapitel mit der Erläuterung von benötigter und verwendeter Software.
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Dieses Kapitel startet mit der Beschreibung des vorhandenen Fahrzeugs, dem Rover, anhand der darüber verfassten Projektarbeit. Dabei sind die Systemarchitektur und die vorhandenen Schnittstellen von besonderer Relevanz, da diese genutzt werden müssen, um die nötigen Implementierungen für diese Arbeit ausführen zu können. Im weiteren Verlauf des Kapitels werden die notwendigen Protokolle erläutert. In diesem Abschnitt wird besonderes auf die Erläuterung der Funktionsweise von GNSS und den Möglichkeiten für Korrekturen der Positionsdaten eingegangen. Darauf folgt eine Beschreibung der Funktionen von Hardwarekomponenten. Geschlossen wird das Kapitel mit der Erläuterung von benötigter und verwendeter Software.
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Der Rover wird durch einen 3-Zellen Lithium-Ionen-Akkumulator mit Strom versorgt, dabei wird der Motortreiber und infolgedessen die beiden Motoren für den Skid-Antrieb mit der anliegenden Spannung des Akkus von nominal \(11,1V\) versorgt. Der Akkumulator und der Motortreiber befinden sich nebeneinander auf der Unterseite des Hauptträgers der Komponenten, auf dem Bild \ref{fig:rover} das blaue Plastik. Je einer der beiden Motoren treibt eine der Fahrzeugseiten an, diese bestehen aus jeweils drei Rädern, welche alle über einen Riemen mit der Ausgangswelle des Getriebes zur Untersetzung verbunden sind. An der dieser Ausgangswelle befindet sich ein Encoder-Rad, welches durch eine einfache Gabellichtschranke ausgelesen wird, dafür wird der in Hardware implementierte Pulsecounter des verbauten Prozessors verwendet.
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Die restlichen Komponenten werden mit \(5V\) versorgt, die \(5V\) werden über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von \(1A\) bereitgestellt. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine, welche wiederum auf der Oberseite des Hauptträgers zentral verbaut ist. Diese Platine verbindet alle Komponenten mit dem auf einem aufgesteckten Entwicklungsboard verbauten ESP32 Prozessor. Der ESP32 stellt verschiedene Schnittstellen über die GPIO (General Purpose Input Output) Pins zur Verfügung, davon werden für den Rover die Bussysteme I2C und SPI, ein ADC Kanal (Analog Digital Konverter) und PWM (Pulsweitenmodulation) genutzt. Weitere Kommunikation findet auf dem drahtlosen Weg statt, dafür wird das Wi-Fi-Modul genutzt, mit diesem kann eine Verbindung zu einem \(2,4GHz\) WLAN aufgebaut werden und es wird mit dem Protokoll ESPNow über dasselbe Frequenzband eine Verbindung zu der Fernbedienung hergestellt. Zur Verwaltung des Funkmoduls und der Bewältigung anderen Aufgaben, welche an den Prozessor gestellt werden, verfügt dieser über zwei Xtensa 32Bit LX6 Kerne, welche mit bis zu \(240MHz\) takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für die Software ist 4 Megabyte groß.
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Die restlichen Komponenten werden mit \(5V\) versorgt. Die \(5V\) werden über einen Spannungsregler mit einem maximalen dauerhaften Ausgangsstrom von \(1A\) bereitgestellt. Der Spannungsregler befindet sich auf der Hauptplatine, welche wiederum auf der Oberseite des Hauptträgers zentral verbaut ist. Diese Platine verbindet alle Komponenten mit dem auf einem aufgesteckten Entwicklungsboard verbauten ESP32 Prozessor. Der ESP32 stellt verschiedene Schnittstellen über die GPIO (General Purpose Input Output) Pins zur Verfügung, davon werden für den Rover die Bussysteme I2C und SPI, ein ADC Kanal (Analog Digital Konverter) und PWM (Pulsweitenmodulation) genutzt. Weitere Kommunikation findet auf dem drahtlosen Weg statt, dafür wird das Wi-Fi-Modul genutzt, mit diesem kann eine Verbindung zu einem \(2,4GHz\) WLAN aufgebaut werden und es wird mit dem Protokoll ESPNow über dasselbe Frequenzband eine Verbindung zu der Fernbedienung hergestellt. Zur Verwaltung des Funkmoduls und der Bewältigung anderen Aufgaben, welche an den Prozessor gestellt werden, verfügt dieser über zwei Xtensa 32Bit LX6 Kerne, welche mit bis zu \(240MHz\) takten. Als SRAM stehen 540 KB bereit und der Flash-Speicher für die Software ist 4 Megabyte groß.
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Mit auf der Hauptplatine befindet sich das ebenfalls aufgesteckte Entwicklungsboard von Sparkfun. Das Board nutzt den SPI-Bus, um die Kommunikation zwischen dem ESP32 und dem ZED-F9K herzustellen. Bei dem ZED-F9K handelt es sich um einen hochpräziser Multi-Band-GNSS-Receiver, welcher die Signale von allen öffentlichen Satelliten gestützten Navigationssystemen verarbeiten kann. Zusätzlich können Korrekturdaten verarbeitet werden, mit welchen die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf den Bereich einstelliger Zentimeter erhöht wird. Auf der Platine befindet sich eine SMA-Buchse, mit welcher die GNSS-Antenne verbunden ist. Die Antenne befindet sich am Heck des Rovers auf dem grünen T-Träger.
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Der I2C-Bus wird benutzt, um den letzten Sensor und ein Display anzubinden. Der Sensor ist ein Kompass, welcher möglichst weit von anderen Komponenten entfernt sein sollte und deshalb auf dem Mast, der neben dem Display nach oben ragt, montiert ist und die aktuelle Himmelsrichtung bei richtiger Kalibrierung auf \(2^{\circ}\) genau angeben kann. Bei dem Display auf dem Querbalken handelt es sich um ein 16 x 2 Zeichen LCD, dieses wird von einem I2C-Seriell Adapterinterface betrieben.
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Zu dem Rover gehört eine Fernbedienung, welche über sieben Tasten und einem Joystick als Eingabemöglichkeit verfügt. Vier Tasten bilden ein Steuerkreuz, um das Navigieren im Menü zu ermöglichen. Zwei weitere Tasten werden zum Bestätigen und Ablehnen genutzt. Die letzte Taste wird als Action-Button bezeichnet und wird betätigt, wenn der Joystick gedrückt wird. Die Taste ist für spezielle Aktionen der verschiedenen Betriebsmodi des Rovers vorgesehen. An der Fernbedienung wurde ebenfalls das zuvor genannte LCD verbaut, dieses spiegelt das Display am Rover. Die Fernbedienung wird ebenfalls von einem ESP32 gesteuert, dieser stellt die Kommunikation über das genannte ESPNow Protokoll zu dem Rover her. Um die Fernbedienung mit Energie zu versorgen, wird eine Powerbank benötigt, an der das heraushängende USB-Kabel vom Typ A angeschlossen werden kann.
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Zu dem Rover gehört eine Fernbedienung, welche über sieben Tasten und einem Joystick als Eingabemöglichkeit verfügt. Vier Tasten bilden ein Steuerkreuz, um das Navigieren im Menü zu ermöglichen. Zwei weitere Tasten werden zum Bestätigen und Ablehnen genutzt. Die letzte Taste wird als Action-Button bezeichnet und wird betätigt, wenn der Joystick gedrückt wird. Die Taste ist für spezielle Aktionen der verschiedenen Betriebsmodi des Rovers vorgesehen. An der Fernbedienung wurde ebenfalls das zuvor genannte LCD verbaut, dieses spiegelt das Display am Rover. Die Fernbedienung wird ebenfalls von einem ESP32 gesteuert, dieser stellt die Kommunikation über das ESPNow Protokoll zu dem Rover her. Um die Fernbedienung mit Energie zu versorgen, wird eine Powerbank benötigt, an der das heraushängende USB-Kabel vom Typ A angeschlossen werden kann.
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Die vorhandene Software für den Rover ist objektorientiert und modular aufgebaut. Zusätzlich ist der Programmcode für die Benutzeroberfläche von dem restlichen Code getrennt. Die Struktur des Codes wird wesentlich durch zwei Interfaces bestimmt. Das erste wird als \texttt{Component} bezeichnet und muss implementiert werden, um eigenständige wiederkehrende Aufgaben zu implementieren. Das zweite Interface mit dem Namen \texttt{DriveModi} definiert, welche Mindestanforderungen an einen Betriebsmodus des Rovers gestellt werden und stellt die Komponenten für die Benutzereingaben, die Sensorverwaltung und die Bewegungsreglung zur Nutzung im Betriebsmodus bereit. Andere Komponenten überwachen den Akku, steuern das Display, verwalten die Benutzeroberfläche, überwachen Benutzereingaben oder verarbeiten Sensordaten.
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\subsection{GNSS}
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GNSS ist das Akronym für \textbf{G}lobal \textbf{N}avigation \textbf{S}atellite \textbf{S}ystem. Inzwischen gibt es mehrere dieser Systeme, deren Hauptzweck die Positionsbestimmung auf dem gesamten Globus und auch darüber ist. In der Tabelle \ref{tab:sats} sind diese aufgelistet. Die Positionsbestimmung wird unter anderem für die Navigation in allen Bereichen, zur Vermessung und Zeitmessung verwendet. Ein anderer Anwendungsfall liegt in der Landwirtschaft, mithilfe von Korrekturdaten wird die Positionsbestimmung ausreichend genau, um Traktoren im Feld eine exakt gerade Linie fahren zu lassen, damit der laufende landwirtschaftliche Prozess optimal ausgeführt werden kann.
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GNSS ist das Akronym für \textbf{G}lobal \textbf{N}avigation \textbf{S}atellite \textbf{S}ystem. Inzwischen gibt es mehrere dieser Systeme, deren Hauptzweck die Positionsbestimmung auf dem gesamten Globus und auch darüber ist. In der Tabelle \ref{tab:sats} sind diese aufgelistet. Die Positionsbestimmung wird unter anderem für die Navigation in allen Bereichen, zur Vermessung und Zeitmessung verwendet.
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\begin{table}[ht]
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\subsubsection{Allgemeine Funktionsweise}
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Bauer \cite[S. 67ff]{Bauer2018} beschreibt, dass mindestens die Sicht auf vier Satelliten gegeben sein muss, um die eigene Position bestimmen zu können. Die Verbindung zwischen den Satelliten und dem Empfänger ist einseitig, deshalb stehen dem GNSS-Empfänger nur die Informationen zur Verfügung, die mit Signal übertragen werden können. Eine dieser Informationen ist die zwingend benötigte Position des Satelliten, welche aus den übermittelten Bahndaten errechnet wird.
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Die Position des GNSS-Nutzers wird durch die Berechnung der Signallaufzeiten von dem Satelliten zu dem Empfänger errechnet. Alle Satelliten senden in einem festgelegten und synchronisierten Intervall ihr Signal. Der Empfänger besitzt aufgrund der Systemarchitektur Informationen darüber, wie das Signal erzeugt wird und erzeugt intern ebenfalls ein Signal. Die Zeitdifferenz \(\Delta t_i\) wird für jedes ankommendes Signal zu dem erzeugten Signal gemessen. Durch die sehr präzisen Atomuhren in den Satelliten können diese bis auf einen Fehler im niedrigen Nanosekundenbereich dem Intervall einhalten, allerdings ist dies nicht für den Empfänger möglich, da weder eine ähnlich genaue Uhr zur Verfügung steht noch die vorhandene Uhr mit dem GNSS synchronisiert ist. Deshalb muss von dem gemessenen \(\Delta t_i\) die Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\) zwischen dem Empfänger und dem GNSS subtrahiert werden. Für die Berechnung der Strecke wird außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) des Signals benötigt. Im Vakuum beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die genutzten Mikrowellen annähernd Lichtgeschwindigkeit. Da es sich bei der Erdatmosphäre um kein Vakuum handelt und auch nicht um ein anderes konstantes Medium, muss die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls ermittelt werden.
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Die Position des GNSS-Nutzers wird durch die Berechnung der Signallaufzeiten von dem Satelliten zu dem Empfänger errechnet. Alle Satelliten senden in einem festgelegten und synchronisierten Intervall ihr Signal. Der Empfänger besitzt aufgrund der Systemarchitektur Informationen darüber, wie das Signal erzeugt wird und erzeugt intern ebenfalls ein Signal. Die Zeitdifferenz \(\Delta t_i\) wird für jedes ankommende Signal zu dem erzeugten Signal gemessen. Durch die sehr präzisen Atomuhren in den Satelliten, können diese bis auf einen Fehler im niedrigen Nanosekundenbereich den Intervall einhalten. Allerdings ist dies nicht für den Empfänger möglich, da weder eine ähnlich genaue Uhr zur Verfügung steht noch die vorhandene Uhr mit dem GNSS synchronisiert ist. Deshalb muss von dem gemessenen \(\Delta t_i\) die Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\) zwischen dem Empfänger und dem GNSS subtrahiert werden. Für die Berechnung der Strecke wird außerdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v\) des Signals benötigt. Im Vakuum beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die genutzten Mikrowellen annähernd Lichtgeschwindigkeit. Da es sich bei der Erdatmosphäre um kein Vakuum handelt und auch nicht um ein anderes konstantes Medium, muss die Ausbreitungsgeschwindigkeit ebenfalls ermittelt werden.
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Die Berechnung einer Position im Raum enthält die drei unbekannten für die X-, Y- und Z-Koordinate in einem kartesischen Koordinatensystem. Hinzu kommt die unbekannte Uhrzeitdifferenz \(\Delta t\). Daher ergibt sich die Mindestanforderung von vier sichtbaren Satelliten, um für jede der unbekannten Variablen eine Gleichung aufstellen zu können. Bauer gibt folgende \cite[Gleichung 1.24]{Bauer2018} zur Ortsbestimmung an:
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In der folgenden List werden mögliche Fehlerquellen dargestellt, welche eine Positionsbestimmung behindern können:
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\begin{itemize}
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\item \textbf{Mehrwegeausbreitung} beschreibt den Umstand, dass die Antenne das Signal des Satelliten auf mindestens zwei Wegen empfängt. Der erste Weg ist der direkte vom Satelliten zu dem Empfänger, der so auch gewünscht ist. Die anderen Wege stammen von Reflexionen des Signals. Die unerwünschten Reflexionen können meist dadurch erkannte werden, dass die Dämpfung des Signals deutlich höher als die des direkt empfangenen Signals ist.
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\item \textbf{Mehrwegeausbreitung} beschreibt den Umstand, dass die Antenne das Signal des Satelliten auf mindestens zwei Wegen empfängt. Der erste Weg ist der direkte vom Satelliten zu dem Empfänger, der so auch gewünscht ist. Die anderen Wege stammen von Reflexionen des Signals. Die unerwünschten Reflexionen können meist dadurch erkannt werden, dass die Dämpfung des Signals deutlich höher als die des direkt empfangenen Signals ist.
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\item \textbf{Signalbeugung} beschreibt den Empfang eines Signals von einem Satelliten, welcher durch ein Hindernis abgeschattet ist. Das ist möglich, weil ein Signal, welches zum Beispiel auf eine Gebäudekante trifft, abgelenkt (gebeugt) wird. Wenn ein Satellit von dem Empfänger schon beobachtet wird, kann dieser Fehler erkannt werden, weil die Signaldämpfung unvorhergesehen zunimmt.
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\item \textbf{Aktive Störung} können bei GNSS mit wenig Aufwand herbeigeführt werden. Bauer beschreibt \cite[169]{Bauer2018}, dass die Signalstärke von GNSS bei lediglich \(-160dBW\) liegt, was umgerechnet \(1 \cdot 10^{-16}W\) entspricht. Deshalb ist es möglich, mit geringen Sendeleistungen von wenigen \(W\) bereits Bereich mit mehreren \(10km\) zu stören.
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\item \textbf{Aktive Störungen} können bei GNSS mit wenig Aufwand herbeigeführt werden. Bauer beschreibt \cite[169]{Bauer2018}, dass die Signalstärke von GNSS bei lediglich \(-160dBW\) liegt, was umgerechnet \(1 \cdot 10^{-16}W\) entspricht. Deshalb ist es möglich, mit geringen Sendeleistungen von wenigen \(W\) bereits Bereich mit mehreren \(10km\) zu stören.
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\end{itemize}
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\subsubsection{Aufbau}
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\end{itemize}
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\setlist{}
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Das Weltraumsegment besteht aus den GNSS-Satelliten. Ein Empfänger an einem beliebigen Ort auf Erde muss immer 4 Satelliten sehen können, um eine Ortung durchführen zu können. Dementsprechend wurden die Satellitenumlaufbahnen von den verschiedenen Systembetreibern gewählt. Im Falle von GPS sind es 24 Satelliten, welche auf 6 Bahnebenen aufgeteilt sind. Ein Satellit wird über Sonnenpaddel mit Strom versorgt. In dem Satelliten befindet sich unter anderem die hochgenaue Atomuhr. An Hülle befindet sich eine Sendevorrichtung für das GNSS-Signal und eine Kommunikationsvorrichtung, um mit Bodensegment kommunizieren zu können. Viele Systeme sind in den Satelliten redundant ausgelegt, um die Lebenserwartung zu erhöhen, diese liegt bei moderne Satelliten bei 15 Jahren. Die Satelliten der unterschiedlichen Generationen und Systeme sehen unterschiedlich aus, als Beispiel siehe Abbildung \ref{fig:satellite}
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Das Weltraumsegment besteht aus den GNSS-Satelliten. Ein Empfänger an einem beliebigen Ort auf Erde muss immer 4 Satelliten sehen können, um eine Ortung durchführen zu können. Dementsprechend wurden die Satellitenumlaufbahnen von den verschiedenen Systembetreibern gewählt. Im Falle von GPS sind es 24 Satelliten, welche auf 6 Bahnebenen aufgeteilt sind. Ein Satellit wird über Sonnenpaddel mit Strom versorgt. In dem Satelliten befindet sich unter anderem die hochgenaue Atomuhr. An Hülle befindet sich eine Sendevorrichtung für das GNSS-Signal und eine Kommunikationsvorrichtung, um mit dem Bodensegment kommunizieren zu können. Viele Systeme sind in den Satelliten redundant ausgelegt, um die Lebenserwartung zu erhöhen, diese liegt bei moderne Satelliten bei 15 Jahren. Die Satelliten der unterschiedlichen Generationen und Systeme sehen unterschiedlich aus, als Beispiel siehe Abbildung \ref{fig:satellite}
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\begin{figure}[ht]
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\subsubsection{SBAS durch EGNOS}
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Die sogenannten \textbf{S}atellite \textbf{B}ased \textbf{A}ugmentation \textbf{S}ystem stellen Erweiterungen zu den GNSS Diensten dar, um insbesondere die Genauigkeit zu erhöhen. Ein großer Nutzeranteil wird durch die Luftfahrt gestellt, um Landungen zu vereinfachen.
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Bei SBAS handelt es sich um geostationäre Satelliten. Diese Art von Satelliten stehen für einen Beobachter auf der Erde fest am Horizont, daher kann mit dieser Art von Satelliten nur ein gewähltes Gebiet mit Informationen versorgt werden. Dadurch gibt es mehrere dieser Systeme, im Folgenden wird kurz das in Europa betriebene EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) beschrieben.
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Bei SBAS handelt es sich um geostationäre Satelliten. Diese Art von Satelliten stehen für einen Beobachter auf der Erde fest am Horizont, daher kann mit dieser Art von Satelliten nur ein gewähltes Gebiet mit Informationen versorgt werden. Deshalb gibt es mehrere dieser Systeme, im Folgenden wird kurz das in Europa betriebene EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) beschrieben.
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Mit Messstationen werden im Sekundentakt Rohdaten unterschiedlicher GNSS und die Entfernung zu den EGNOS Satelliten gesammelt. Die gesammelten Daten werden von mehreren Mission Control Center (MMC) verarbeitet, um daraus DGNSS-Nachrichten zu formulieren. Die Nachricht enthält unter anderem Korrekturen für die Satellitenuhren, Korrekturen der Umlaufbahnen und Werte zur Berechnung der ionosphärischen Einflüsse. Diese Nachricht wird dann die Satelliten weiter gegeben, welche diese dann wiederum über das L1-Band senden und damit GNSS-Empfängern in Reichweite zur Verfügung stellen. Mit Anwendung der verschickten Korrekturdaten kann eine Positionsbestimmung mit \(1m\) Genauigkeit erzielt werden. \cite[vgl.][S. 393ff]{Bauer2018}
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Mit Messstationen werden im Sekundentakt Rohdaten unterschiedlicher GNSS und die Entfernung zu den EGNOS Satelliten gesammelt. Die gesammelten Daten werden von mehreren Mission Control Center (MMC) verarbeitet, um daraus DGNSS-Nachrichten zu formulieren. Die Nachricht enthält unter anderem Korrekturen für die Satellitenuhren, Korrekturen der Umlaufbahnen und Werte zur Berechnung der ionosphärischen Einflüsse. Diese Nachricht wird dann an die Satelliten weiter gegeben, welche diese dann wiederum über das L1-Band senden und damit GNSS-Empfängern in Reichweite zur Verfügung stellen. Mit Anwendung der verschickten Korrekturdaten kann eine Positionsbestimmung mit \(1m\) Genauigkeit erzielt werden. \cite[vgl.][S. 393ff]{Bauer2018}
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\subsection{RINEX}
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Das RINEX-Format ist aus der Notwendigkeit einer unabhängigen Möglichkeit des Datenaustausches zwischen GNSS-Modulen unterschiedlicher Hersteller entstanden. Das Format wurde nach seinen Anforderungen benannt und heißt daher ausgeschrieben \textbf{R}eceiver \textbf{IN}dependent \textbf{EX}change. Die erste Version des Formats wurde 1989 von Werner Gurtner veröffentlicht. Nach einigen weiteren Versionen, welche das Format unter anderem für weitere GNSS erweiterte, wird die Versionspflege inzwischen von der IGS und dem RTCM-SC104 übernommen.
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Wie läuft die Betreueung ab?
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Welche Zwischenstände sollte ich kommunizieren?
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Wie viele Fragen darf ich stellen?
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https://rnrorwxhqioplk5p.ldycdn.com/JCA228F-aidqiBpmKjiRliSqklonklpk.pdf Data sheet Antenne Dach vom 19.06.24
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https://github.com/Stefal/rtkbase Cooles Projekt für eine Basisstation
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ser2net deaktivieren und stoppen
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rtcm 1230? fehlt :/
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Reference in New Issue
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