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Überraschende Ergebnisse bei simultanen Messungen mit zwei baugleichen GPS-Empfängern.

(Das "DGPS-Verfahren des kleinen Mannes")

Seit Juni 1997 besitze ich einen zweiten Rockwell-Jupiter GPS-Empfänger, baugleich mit meinem ersten Empfänger dieser Art. Da erste parallele Messungen mit diesen Empfängern an zwei ca. 12 km entfernten Punkten eine überraschend gute Übereinstimmung der Messwert-Spuren zeigten, habe ich mich dazu entschlossen, diesem vielversprechenden Befund genauer nachzugehen. Ich erwog es, einen der beiden Empfänger an einer eigens fest installierten GPS-Antenne auf meinem Dach zu betreiben. Die Antenne wurde tatsächlich installiert und ihre Position danach mit meinem Theodolit möglichst genau eingemessen (Methode: Vorwärtseinschnitt, Ergebnis: R=3422163,20 m, H=5393397,99 m, Höhe: 139,24 m über NN). Die Antenne des zweiten Empfängers stellte ich auf Punkten mit bekannten Koordinaten auf (z.B. 5,8 km, bzw. 25 km entfernt) und ließ dann beide Geräte parallel in 1 Sekunden Intervallen gleichzeitig ihre Ortsbestimmungen durchführen und diese auf dem jeweils angeschlossenen Rechner protokollieren. Nach ca. 1 Stunde wurden die Messungen gleichzeitig an beiden Standorten beendet und die aufgezeichneten Daten zu Hause ausgewertet. Beide Protokolle ergaben die bekannten, oben so genannten "Messwert-Spuren", die statt des wirklichen Stillstandes während der Messung eine scheinbare Bewegung der messenden Antenne vorspiegeln. Diese künstliche - vom amerikanischen Verteidigungsministerium - vorgegebene Genauigkeitsminderung (SA genannt = Selective Availability) war damals immer gegeben und wurde allgemein als störend empfunden. Die so vorgespiegelten Bewegungen verliefen unregelmäßig und überstrichen, über längere Zeiten gemessen, etwa einen Bereich von ca. 10000 m 2 , oder anders dargestellt, sie schwankten in Nord-Süd und Ost-West-Richtung um jeweils ± 50-70 m, die Spur sah also etwa so aus, wie im oberen der beiden folgenden Bilder zu sehen ist.
  Bei der Betrachtung der 2. Messreihe fiel nun auf, dass die Spur dieser Werte sehr gut - wenn auch nicht vollkommen - parallel zur ersten Spur verläuft (unteres der beiden folgenden Bilder). Dies ermuntert zu der Untersuchung, ob dieser Umstand vielleicht zu einer teilweisen Ausgleichung der oben genannten Ungenauigkeit genutzt werden kann.

dg03g7.gif (11778 Byte)

dg03g8.gif (11785 Byte)


  Zunächst verfuhr ich dabei so, dass ich für alle an der Hausantenne gemessenen Rechts- und Hochwerte Korrekturen ermittelte, nämlich die Abweichungen der gemessenen GPS-Werte von den bekannten oben genannten Koordinaten. Zur Verbesserung der Messwerte am Standort des zweiten Gerätes wurden danach die Korrekturen zu den gemessenen Daten hinzu addiert. Die folgenden beiden Bilder zeigen die Ergebnisse getrennt für die Rechts- und Hochwerte an einem Beispiel vom 2.9.1997.

dg03g1.gif (11488 Byte)

dg03g2.gif (11278 Byte)


 Die nächste Abbildung zeigt, wie wenig die Lage der korrigierten Positionswerte noch schwankt. Die "Unsicherheits-Fläche", die sich bei unkorrigierter Messung ergibt (ca. 11400 m2 ) verkleinert sich bei obiger Methode auf einen Kreis mit nur noch einer Fläche von 28 m 2.

dg03g6.gif (23009 Byte)

 

Um aber nicht den falschen Eindruck aufkommen zu lassen, dass mit diesem Verfahren wirklich DGPS-Funktionalität zu erreichen wäre, möchte ich ausdrücklich auf die Probleme bei derartigem Vorgehen hinweisen :

  • Es ist nicht möglich, im Fahrzeug nach dieser Methode zu messen, sie funktioniert allenfalls im stationären Betrieb.
  • Auf beiden Seiten muss der gleiche Messaufwand (also insgesamt 2 Rechner und 2 baugleiche Empfänger) getrieben werden.
  • Beide Empfänger müssen die gleichen Satelliten zur Berechnung ihres Standortes benutzen und dies protokollieren.

Alle genannten Bedingungen müssen gleichzeitig erfüllt sein - und damit ist dieses Vorgehen nur zur Demonstration eines Korrekturprinzips einsetzbar, das keinesfalls mit der DGPS-Korrektur verwechselt werden darf. Dort werden nämlich für jeden einzelnen Satelliten Korrekturwerte ermittelt und ausgesendet, während hier eine einfache Korrektur berechnet wird, nachdem beide Geräte aus den von ihnen "gesehenen" Satelliten zunächst ihren jeweiligen Standort berechnet haben. Die oben beschriebene Methode funktioniert dabei wirklich nur dann so ordentlich, wenn beide Empfänger "sich für die Verwendung der gleichen Satelliten entschieden haben". Dies kann man nur bei wenigen Empfängern überhaupt beeinflussen, bei den sog. Handheld-Geräten in der Regel nicht ! Es ist dann aber genau diese Forderung entweder nicht erfüllt, oder es kann jedenfalls nachträglich nicht überprüft werden, welches Gerät mit welchen Satelliten seinen Standort bestimmt hat.

Sehen Sie aber vielleicht trotzdem auch die weiteren, teilweise recht schönen Beispiele solcher Simultan-Messungen :

Auswertung weiterer Parallelmessungen

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Die letzte Berichtigung erfolgte am 08.01.2002