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2024-08-10 13:59:37 +02:00

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TeX

\section{Hardware}
In diesem Abschnitt wird zunächst die allgemeine Funktionalität von GNSS-Hardware allgemein und speziell der aktuell auf dem Rover verbauten erklärt. Darauf folgt die Funktionsbeschreibung von PoE-Hardware, die zur späteren Anbindung der RTK-Basisstation benötigt wird. In dem Abschnitt \ref{sec:PoE-Hardware} wird auf die konkret verwendete PoE-Hardware eingegangen, während Abschnitt \ref{sec:GNSS-Hardware} die Auswahl der GNSS-Hardware für die Basisstation beschreibt.
\subsection{GNSS-Modul}
Auf dem Markt sind eine Vielzahl von GNSS-Modulen erhältlich. Dessen allgemeine Aufgabe es immer ist, die Position auf der Erde durch die über eine Antenne empfangen Signale zu bestimmen. Die erhältlichen Module unterscheiden sich hauptsächlich in der Genauigkeit und der verfügbaren Features. Die günstigsten Module bieten keine Möglichkeit, die Rohdaten auszugeben oder Korrekturdaten einzuspeisen, weshalb sich weder extern und noch intern Fehlerkorrekturen anwenden lassen und somit die Genauigkeit auf 10 Meter begrenzt ist. Bei professionelleren Modulen ist beides möglich, wodurch sich Positionsbestimmungen im niedrigen Zentimeterbereich realisieren lassen.
\par
In dem Rover ist ein GNSS-Chip von u-blox auf einem Entwicklungsmodul von Sparkfun verbaut. Der Chip wird unter dem Namen ZED-F9K-00B vermarktet. Dem Datenblatt des Herstellers \cite{zed-f9k} sind folgende Informationen zu entnehmen. Das Modul unterstützt die Bänder L1/L2/E5b, damit können die Daten von den Systemen BeiDou, Galileo, GLONASS und GPS verarbeitet werden. Unter normalen Bedingungen ist die Position bei einem Kaltstart nach spätestens 30 Sekunden ermittelt und bei einem Warmstart nach 2 Sekunden. In dieses Modul können Korrekturdaten eingespeist werden, allerdings ist es nicht in der Lage diese zu erzeugen. Im RTK-Modus ist die Genauigkeit mit 0,2 Meter angegeben.
\subsection{GNSS-Antenne}
Die Antennen von GNSS-Modulen können extern ausgeführt werden oder direkt am Modul verbaut sein und dienen dazu, die Signale der Satelliten zu empfangen. Dabei bieten externe Antennen den Vorteil, unabhängig und für den Empfang optimiert aufgestellt/verbaut werden zu können. Für externe Antenne steht häufig mehr Platz zur Verfügung, deshalb wird Empfangsqualität nicht durch mangelnden Bauraum beeinflusst.
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Die auf dem Rover extern installierte Antenne wurde wie das GNSS-Modul ebenfalls von u-blox entwickelt und auf die F9-Reihe abgestimmt. Dabei handelt es sich laut Datenblatt \cite{antenneKlein} um eine aktive Antenne, welche die Bänder des GNSS-Moduls unterstützt und darüber hinaus noch die Bänder B2a und NavIC. Das Gehäuse der Antenne misst 60 mm x 82 mm, wobei die Position der eigentlichen im Gehäuse zentriert ist. Angeschlossen wird die Antenne über einen SMA-Stecker.
\subsection{PoE Hardware}
\subsubsection{PoE Extender}
Ein PoE Extender wird dafür genutzt, die Reichweite eines mit PoE versehenen Twisted-Pair-Kabel zu verlängern. Die Reichweite wird durch die begrenzte Segmentlänge des verwendeten Mediums beschränkt. Im Fall von Twisted-Pair-Kabeln beträgt diese \(100m\). Der Extender nutzt die über PoE verfügbare Energie zur Signalaufbereitung und gibt das Signal inklusive PoE wieder aus, dabei ist zu beachten, dass aufgrund der verbrauchten Energie das ausgangsseitige PoE um einen Typen verringert wird und somit weniger Leistung zur Verfügung stellt.
\par
Speziellere Extender können zusätzlich als Switch fungieren. Diese Extender verfügen typischerweise über zwei Ethernet Ausgänge. Die verfügbare PoE Leistung wird dann auf diese beiden Ports aufgeteilt. \cite{poeextender}
\subsubsection{PoE Splitter}
Der PoE Splitter trennt die Daten und den Strom vom Ethernetkabel. Diese Geräte haben typischerweise drei Anschlüsse, dabei ist der erste der PoE Eingang. Bei den anderen beiden handelt es sich um die Ausgänge für die Daten und den Strom. Bei dem Anschluss für die Daten ohne Strom handelt es sich normalerweise wieder um eine RJ-45 Buchse für den Anschluss des Ethernetkabels. Der Strom wird über Anschlussklemmen oder einem Terminalblock ausgegeben. Die ausgegebene Spannung hängt von dem gewählten Splitter ab, wird aber meistens von der höheren PoE Spannung (siehe Unterabschnitt \ref{sssec:PoE}) auf typische Spannungen von Netzteilen wie \(12V\) reduziert. \cite[]{poesplitter}