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Betrachtung: Almanachdaten versus RINEX und Ephemeriden
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Von Walter DJ9VF

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Ziel dieses Kapitels

- GPS-Orbitdaten
- Genauigkeitsvergleich der Almanachdaten mit RINEX-Daten und den Ephemeriden
- Woher bekommt man die Daten
- Einsatz der GPS-Maus

Vorheriger Lernschritt

Dekodierung der GPS-Position einer RS92SGP


GPS Orbitdaten

Die GPS-Daten die man von der Radiosonde erhält sind nicht komplett um damit die Position der Sonde zu berechnen. Der Grund dafür liegt im Design des GPS-Empfängers in der Sonde. Man hat die umfangreichen Berechnungen für diesen Zweck von der Sonde heraus zur Bodenstation verlagert, wo schnelle Rechner mit ständig neuen Möglichkeiten das viel besser können. Schließlich hat die zeitnahe Übertragung der Meßwerte Vorrang. Wie auch immer, das Programm SondeMonitor braucht zusätzlich zu den GPS-Daten, die von der Sonden empfangen werden, parallel dazu ergänzende Werte der Bahndaten von den GPS-Satelliten, die in dreierlei Arten zu bekommen sind.

Als :
- 1. Almanach-Daten aus dem Internet (jeweils vom Vortag)
- 2. RINEX-Daten aus dem Internet (jeweils vom Vortag)
- 3. Ephemeriden direkt zu empfangen mit einer GPS-Maus.

Bei den Vorbereitungen zur Dekodierung einer GPS-Sonde wie im Lernschritt 5 beschrieben, muß man prüfen welche Orbitaldaten zur Verfügung stehen und welche dann schlußendlich ausgewählt werden, nämlich mit
A die Almanachdaten oder mit R die RINEX-Daten oder mit E die Ephemeriden. Für die Sondenjagd macht es Sinn sich alle Möglichkeiten offen zu halten um bei Ausfall der einen oder anderen Variante die Aktion trotzdem noch erfolgreich zu beenden. Die Unterschiede sollen nun im folgenden Absatz näher untersucht werden um den Nutzen der verschiedenen Varianten besser einschätzen zu können.


Vergleich der Genauigkeit dieser Daten

Diese verschiedenen Beschreibungen der Satellitenbahnen sind unterschiedlich genau, bzw. enthalten mehr oder weniger Informationen. Daraus resultiert auch, daß die Abweichungen von der berechneten zur absoluten GPS-Position unterschiedlich groß sein können. Erfahrungswerte der verschiedenen Abweichungen kann man aus nebenstehendem Diagramm ersehen. Die einfachste Version dieser Orbitdaten sind die "almanacs". Das sind sozusagen die Solldaten der GPS-Satelliten-Orbitbeschreibungen. Diese Datei ist auch nur 7 kB groß. Die Almanachdaten erlauben kaum eine bessere Genauigkeit als +-50 Meter. Von Tag zu Tag kann (muß aber nicht) dann die mögliche Abweichung etwa 50 Meter größer sein (siehe Kurve
A ). Trotzdem sind sie nicht zu verachten. Hat man z.B. drei Tage lang keinen Internetzugang sind sie mit der entsprechenden Abweichung immer noch gut zu gebrauchen.
Wesentlich bessere Bahnbeschreibungen des GPS-Satelliten sind die "RINEX-Daten". Sie sind schon sehr genau, enthalten sie doch schon jede Menge Korrekturdaten. Eine Datei dieser Art ist immerhin um die 260 kB groß. Leider sind sie aber nur einen Tag lang brauchbar. Danach fällt die Genauigkeit stark ab und ist nach zwei Tagen schlechter als "almanacs" (siehe Kurve
R ).
Die beste Lösung sind natürliche die "ephemerics". Diese Bahnbeschreibungen samt Korrekturdaten kann man mit einer GPS-Maus direkt von den GPS-Satelliten empfangen. Dafür ist im Programm SondeMonitor vom Abholen bis zur Einbindung schon alles vorbereitet. Diese Informationen sind jedoch die Kurzlebigsten. Nach etwa einer Stunde nimmt diese hohe Genauigkeit bereits ab (siehe Kurve
E ).


Woher bekommt man die Bahndaten?

Almanach-Daten


Diese werden von dem "U.S. Department of Homeland Security" im Internet zur Verfügung gestellt. Es handelt sich dabei immer um die Datei des Vortages.

Man kann sie entweder wie im Lernschritt 5 erklärt, mit dem Programm SondeMonitor aus dem Internet holen oder selbständig in das Internet auf die Seite www.navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm gehen. Auf dieser Seite bekommt man automatisch die aktuellste Datei im "SEM-Format" mit dem Namen "CURRENT.AL3" zum Download angeboten.
Das sind Bahnbeschreibungen von allen GPS-Satelliten die in einer kleinen Datei mit der Endung ".AL3" abgespeichert sind. Diese Datei "CURRENT.AL3" muß SondeMonitor in dem Unterverzeichnis "\log files" zur Verfügung gestellt werden.
Vor der Dekodierung muß diese Datei wie bereits im Lernschritt 5 erklärt mit dem Menüpunkt "Tools" und der Option "GPS Arm" aktiviert werde.

RINEX Daten

Diese können per FTP-Protokoll von der Internetseite ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/gps/data/daily/2009/brdc/ abgeholt werden.
Nicht vergessen: am 1.Januar muß die Jahreszahl im Aufruf aktualisiert werden. Nach dem Anklicken dieser Seite erscheint eine mehr oder weniger lange Liste. Der letzte Eintrag ist die aktuellste Datei. Diese Datei per Doppelklick herunterladen. Das Dateidatum ist üblicherweise von gestern, kann aber in den Abendstunden auch schon vom aktuellen Tage sein. Ist das Datum dieser Datei aber von vorgestern oder noch älter kann es nur für "Postprocessing" verwendet werden. (Postprocessing wird im Lernschritt 7 ausführlich erklärt) Es handelt sich hier übrigens um eine gepackte Datei, d.h. sie muß noch entpackt werden und dann dem Programm SondeMonitor in dem Unterverzeichnis "\log files" zur Verfügung gestellt werden.
Auch sie muß vor der Dekodierung mit dem Menüpunkt "Tools" und der Option "GPS Arm" aktiviert werden.

Ephemeridenempfang mit einer GPS-Maus

Unter Ephemeriden versteht man die Orbitdaten samt den aktuellen Korrekturen, den sogenannten "C/A code-correlated differential GPS"), die man mit einer GPS-Maus direkt von den GPS-Satelliten empfangen kann.
Als Empfänger benötigt man eine SIRF-III-fähige GPS-Maus (z.B. NL-302U von Navilock) die heutzutage über eine USB-Schnittstelle mit dem Computer verbunden ist.
Von SondeMonitor kann diese GPS-MAus für zwei Dinge verwendet werden. Einmal zur Anzeige des eigenen Standorts auf der Landkarte (zweckmäßig für portablen Einsatz) und zweitens zum Empfang der Ephemeriden. Vor der Benutzung durch SondeMonitor muß für diese GPS-Maus erst einmal der richtige Driver installiert werden und die GPS-Maus mit einem Dienstprogramm (z.B.SiRFDemo) auf die Übertragungsgsgeschwindigkeit von 38400 eingestellt sein. Erst wenn das durchgeführt ist kann der Port, an dem die GPS-Maus eingesteckt ist, definiert und anschließend aktiviert werden.


Ist der Port dann mit dem Menüpunkt "OPTIONS" und der Option "GPS" und der Auswahl "GPS input enable" aktiviert, zeigen sich unter dem Menüpunkt "TOOLS" und der Option "GPS Elements" zwei weitere Auswahlmöglichkeiten, nämlich "Almanac from local GPS" und "Ephemeris from local GPS".
Die untere Auswahl, "Ephemeris from local GPS" erlaubt nun den Empfang der Orbitdaten direkt von den GPS-Satelliten.
Durch Anklicken dieser Auswahl werden die in der GPS-Maus empfangenen Ephemeridendaten von SondeMonitor in eine Datei übertragen.
Es dauert aber knapp eine Minute oder länger bis eine Meldung wie im Beispiel weiter unten erscheint.
In dieser Meldung wird anzeigt von wieviel GPS-Satelliten die Orbitdaten empfangen wurden.
Allerdings sollten es schon so um die 8 Satelliten sein und nicht nur drei wie in dem nebenstehenden Beispiel, sonst reicht die Information nicht für eine sinnvolle Nutzung.
Auf jeden Fall wird dabei im Unterverzeichnis "\log files" automatisch eine Datei mit mehr oder weniger Ephemeridendaten erstellt.
Der Name der erstellten Datei (z.B. gps_ephemeris_20090223161517.txt) enthält Jahr/Monat/Tag/Stunde/Minute/Sekunde und kann somit gut von älteren Dateien unterschieden werden.
War der Empfang erfolgreich, muß zur Verwendung dieser Ephemeriden-Datei wieder der Menüpunkt "TOOLS" und die "Option" GPS arm mit der Auswahl der nun neu erstellten Ephermidendatei durchgeführt werden.

In der Praxis bedeutet das, daß die Ephemeriden während einer Sondenverfolgung spätestens alle Stunde wieder empfangen und geladen werden müssen