GPS: Satelittnavigering for alle

[JohndoeMAKT]

Om komplett sitt superweekend med to GPS mottakere ble satt før artikkelen ble skrevet? Ikke at jeg tror på noen ekstreme konspirasjonsteorier, men lurer bare på om det er Komplett som har vært sleipe og slått til med disse tilbudene eller om det bare har vært flaks.

[bfisk]

For at prinsippet skal fungere er GPS-mottakeren avhengig av å fange opp signaler fra flere forskjellige satelitter samtidig. For en akseptabel nøyaktighet bør man få kontakt med minimum tre satelitter.

 

Dette er direkte feil. Man må ha kontakt med minst tre satelitter for å i det hele tatt kunne regne seg frem til posisjonen sin. Dette har ingenting med nøyaktighet å gjøre.

[bfisk]

Jeg er enig med CesiuM_e. Det trengs bare 3 og ikke 4 sattelitter for å få en posisjon. I teorien lager tre sattelitter to mulige posisjoner der man kan befinne seg, men punktet som ikke befinner seg i nærheten av jordas overflate elimineres. Dermed trengs bare 3 og ikke 4 sattelitter. GPS fungerer altså ikke på romferder fordi systemet tar utgangspunkt i at man befinner seg et sted på jorda. Jorda selv fungerer altså som den manglende variabelen i ligninga.

 

For de som trenger yttligere en forklaring på dette så vil jeg fortsatt anbefale å lese How GPS Receivers Work

Angående problematikken med 3 og 4 satelitter:

 

Én satelitt vil kunne gi deg en avstand, og dermed vil mottakeren kunne befinne seg hvor som helst på en tenkt kule rundt denne satelitten. Dersom denne satelitten befinner seg nøyaktig rett over deg, vil det i teorien være mulig å bestemme din posisjon ut fra denne, dersom jordens form forutsetten å være en perfekt kule. Slik er det imidlertid ikke, men det er en grei tilnærming.

 

Legg til en satelitt til, og disse to kulene vil skjære hverandre og danne en sirkel. Legg til enda en, og denne kula vil skjære sirkelen på to steder, og vi har to mulige punkter.

 

Her fungerer mottakerne litt forskjellig: mange vil regne med at du befinner deg i det ene punktet som er på jordoverflaten, og ikke i det som er over jordoverflaten. Imidlertid kan dette også bli feil, rett og slett fordi avhenging av satelittenes posisjoner, vil det andre punktet godt kunne bli liggende på jorda det også. Derfor vil man i noen fall trenge 4 satelitter, i noen fall 3, avhengig av sin egen og satelittens aktuelle posisjon på tidspunktet.

 

 

Dette noen kommenterer at man må ha fire satelitter pga x, y, z og t, er rent og skjært tøv. Alle satelittene sender nemlig ut tilnærmet lik informasjon; det eneste som varierer er koden for hvilken satelitt som står som avsender. Denne informasjonen er sent ut nøyaktig samtidig, og det er forskjellen i når informasjonen mottas, som avgjør avstandsbedømmingne. Et signal som kommer etter et annet, vil komme fra en satelitt som er lengre fra mottakeren, naturlig nok. Akkurat HVA som sendes, er av mindre betydning. JA, det er tidsinformasjon, men NEI, det er ikke relevant i forhold til posisjoneringen. Matrisene som sendes er kjent hos mottakeren. Klokka er bare en bonus.

[Urke]

Det blir slengt ut endel påstander her som ikke er korrekte.

 

Spesielt gjelder dette et av innleggene over som blant annet sier at dette med 4 satelitter er "tøv" og at klokka bare er bonus. Det er i tillegg endel påstander i artikkelen som i beste fall er tvilsomme, men jeg antar artikkelen er ment som en rask innføring i GPS.

 

For det første består GPSsignalet av både kode (C/A) og navigasjonsmelding som blir brukt av de håndholdte GPSmottagerne som er mest utbredt. Navigasjonsmeldingen inneholder banedata, klokkedata ++ for satelittene.

 

I håndholdte GPS mottagere regner man med tiden som ukjent (4. ukjent) siden produksjonskostnadene med å lage nøyaktige (nok) klokker i håndholdte mottagere ville blitt altfor høye til å kunne selge det forbrukerelektronikk. En normal GPS mottager har en klokkenøykaktighet på ca 1 mikrosekund(quartz). For å få tilfredsstillende nøyaktighet (se ref) bør man under 340nanosekunder.

 

Det er derfor en normal GPS mottager må ha minst 4 satellitter for å kunne beregne din posisjon, da de ser på tiden som ukjent.

 

Jeg anbefaler alle å lese NAVSTAR's egne dokumenter. Sjekk gjerne ut:

 

www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/gpsuser/gpsuser.pdf

 

Her forklares det blant annet hvorfor det brukes minst 4 satelitter.

[bfisk]

I prinsippet er jo innholdet i sendingene uvesentlig for avstandsbedømmelsen, som rent geometrisk er det eneste interessante for posisjoneringen. Så lenge matrisene er kjente, noe de er, kan satelittene gjerne formidle hakkebakkeskogen for den del.

 

Min GPS-mottaker, f.eks., kan estimere en posisjon på grunnlag av 3 satelitter. Så at det er mulig, er det ingen tvil om.

[Urke]

Som du nevner vil det som et rent geometrisk problem være nok med 3 satelitter, men siden du har flere feilkilder inne i bildet blir ikke dette godt nok for posisjonen. Hadde all informasjonen som brukes vært 100% riktig (satelittdata og klokke i mottager) ville det vært nok med 3 målinger, men pga feilkilder brukes minst 4 satelliter, mens flere vil gi bedre posisjon da overskytende målinger også brukes. (Enkelt forklart, her kommer jo geometriske vurderinger inn også, ref HDOP/GDOP osv)

 

Navigasjonsmeldingen inneholder også drift i klokkene på satelitten som gjør at koden (C/A) kan synkroniseres godt nok i mottageren.

 

Jeg vet at enkelte Garmin modeller estimerer en "2D" posisjon basert på 3 satelitter. Når du får inn den fjerde satelitten vil du antagligvis se at posisjonen din forandres en god del da modellen som mottageren bruker er befestet med unøyaktigheter.

 

Antar at dette kanskje ikke er forumet for å diskutere dette videre, så kanskje greit å stoppe diskusjonen om 3/4 satelitter og de som er interessert kan jo heller få lese litt om det og gjøre opp sin egen mening istedenfor at det skal slenges flåsete kommentarer om at slik og slik er det.

Endret 12. september 2005 av Urke

[PowerOfNow]

fin guide, men den er typisk nybegynner guide for dem som ikke har noe snøring på gps. Guiden er mer preget hva man kan bruke gps til og hvilke produkter som er hotte. Det er fint for førstegangskjøpere.

 

jeg stemmer for en del 2.. en teknisk guide

[o-maped]

Én satelitt vil kunne gi deg en avstand, og dermed vil mottakeren kunne befinne seg hvor som helst på en tenkt kule rundt denne satelitten.

Dette er bare tull. Én satellitt gir deg ingenting. Det er som jeg roper «Klokka er 16.55.5637392», hvis du vet klokka nøyaktig når du hører ropet kan du regne ut hvor langt unna jeg er, men du vet ikke klokka! I navstar-satellittene er det 3 eller flere atomur, det har ikke din håndholdte GPS. Hadde du hatt det ville én satellitt vært nok til å bestemme avstanden til denne satellitten.

 

Det din GPS gjør når den skrus på er å finne fire satellitter, der regner den ut (dette er SVÆRT forenklet) fire likninger med fire ukjente, x-, y- og z-posisjon samt tiden.

 

Først når du har nøyaktig klokke i begge endene kan du finne din posisjon. Faller en satellitt ut slik at du bare har tre (ETTER å ha korrigert den interne klokka i GPS-mottakeren) kan du sikkert få posisjon en god stund, men ett nanosekund klokkefeil i mottakeren gir en feil på over 3.3 meter. Som dere sikkert skjønner er ikke kvartz-krystallen i GPS-mottakeren av samme klasse som i et atomur, avviket blir ganske raskt veldig feil...

 

Ole Martin, siv.ing med spesialisering i radionavigasjon

[bfisk]

Ah, såklart, det var en elendig formulering fra min side. Jeg legger meg flat for det. Mitt poeng var at for å finne en gitt posisjon med tre koordinater, trenger man ved denne teknikken kun tre avstander. Jeg ser nå klart at det ikke innebærer tre satelitter.

 

Likevel fastholder jeg at man kan tilnærme posisjonen sin med tre satelitter (jfr min egen mottaker), ved å regne med at jorda er en perfekt kule.

 

Hvordan får du forresten 3,3 meter feil pr. nanosekund? Svjv kan man regne med at mottakeren da "tror" at satelitten er ds=c*dt lengre unna, der ds er unøyaktighet i posisjon, c er lysfarten og dt er unøyaktigheten i tiden? Da får jeg ds til å bli =3E8m/s*1E-9s= 0,3m. Hvor tar jeg feil?

[molna]

Og snart kommer siemens SXG75 som har innebygd GPS

SXG75 er nå listet hos MPX for 3700,-

 

Ikke ille for GPS, 3G, RDS-Radio og QVGA-skjerm og det som blir markedets beste kamera

[o-maped]

Ah, såklart, det var en elendig formulering fra min side. Jeg legger meg flat for det. Mitt poeng var at for å finne en gitt posisjon med tre koordinater, trenger man ved denne teknikken kun tre avstander. Jeg ser nå klart at det ikke innebærer tre satelitter.

 

Likevel fastholder jeg at man kan tilnærme posisjonen sin med tre satelitter (jfr min egen mottaker), ved å regne med at jorda er en perfekt kule.

 

Hvordan får du forresten 3,3 meter feil pr. nanosekund? Svjv kan man regne med at mottakeren da "tror" at satelitten er ds=c*dt lengre unna, der ds er unøyaktighet i posisjon, c er lysfarten og dt er unøyaktigheten i tiden? Da får jeg ds til å bli =3E8m/s*1E-9s= 0,3m. Hvor tar jeg feil?

Sorry, 0.3m per nanosekund er selvfølgelig helt riktig. Får skylde på feberen min

 

Jeg skjønner likevel ikke hvordan du kan finne ut klokka nøyaktig ved å tilnærme jorda som en perfekt kule. I GPS-mottakeren antar man jorda som en «perfekt ellipsoide» (ref. WGS84), men det hjelper lite på å finne ut klokka...

 

Man må altså vite klokka i hver ende for å kunne regne ut hvar langt radiosignalet har gått på den korte tiden mellom utsendelse og mottaking.

 

Jeg er forøvrig ikke sikker på om man trenger å ha låst inn koden på satellitt nr. 4 for å kunne beregne klokka. Det kan være grunnen til at du får posisjon mens mottakeren kun indikerer lås på tre satellitter...

 

Ole M

[Hedonism]

Interessant artikkel..

 

Jeg bruker selv en TomTom Go 500 i bilen min til navigering, og den fungerer i tillegg som bluetooth-handsfree sammen med en K700i jeg har fastmontert i bilen.. den guider meg stort sett frem der jeg vil, men noen ganger tar den merkelige valg av kjøreruter, men uansett finner jeg nå frem til slutt!

 

Har også en Garmin Quest til båten med BlueChart og topografiske kart til turer i skog og mark, dette fungerer ypperlig!

[EinarEriksen]

--

Oppdatert

 

 

....14 tegn....

[Codename_Paragon]

Jeg må le litt når jeg tenker på disse GPS greine vi brukte i militæret...100m + nøyaktighet bare, og den slet med og finne sattelitter (og det er bare 2 år siden) Den var dobbelt så stor en murstein. Private GPS dingser var jo 10x bedre

4821280[/snapback]

Er det denne du tenker på?

 

Dersom du ikke hadde bedre enn 100 m nøyaktighet, betyr det at noe var veldig galt og at du heller ikke hadde nøkkel for å dekode det militære signalet. Jeg kjenner mottakeren godt, og kan forsikre deg om at den var god. Derimot har den en av de mest brukerfiendtlige brukergrensesnittene jeg noensinne har vært borti.

 

Ellers er terminologien vel slapp her, men uten å gå så langt at det virker som hårkløveri, vil jeg si at en lett kan skrive en bok om detaljer om hvor god en mottaker er.

[Codename_Paragon]

fin guide, men den er typisk nybegynner guide for dem som ikke har noe snøring på gps. Guiden er mer preget hva man kan bruke gps til og hvilke produkter som er hotte. Det er fint for førstegangskjøpere.

 

jeg stemmer for en del 2.. en teknisk guide

4828260[/snapback]

Hvor teknisk vil du ha en slik artikkel?

[Bluesky]

Hvem er det egentlig som betaler for vedlikeholdet av GPS-systemet? Eneste kostnaden jeg hadde var da jeg kjøpte selve GPS-motakeren.

 

Gavepakke fra Amerikanske skattebetalere?

[Codename_Paragon]

Ja, det er USA gjennom myndighetene der som betaler. Opprinnelig var dette utviklet på militære budsjetter, men siden såpass mye infrastruktur er blitt avhengig av at GPS fungerer, er flere deler av den amerikanske staten involvert.

[brannslange]

Hvor teknisk vil du ha en slik artikkel?

7657977[/snapback]

Stemmer for følgende:

- Litt om de to ulike GPS-systemene (fase- og kodemåling).

- Litt om feilkilder og hvordan disse håndteres (på håndholdte enheter)

- Litt om sanntidskorreksjonssystemer som er tilgjengelig for håndholdte enheter

- Litt om geodetisk datum, kartprojeksjon og koordinatsystem

- Litt om geografiske informasjonssystemer for håndholdte enheter

++ Sikkert noe jeg har glemt

 

Dette er punkter som burde være til interesse for de fleste som ønsker å ta i bruk GPS til noe mer enn et passivt bilnavigasjonssystem.

[G]

Så hvor mange som helst brukere kan altså laste ned GPS-data hvor og når som helst?

 

Har jo sett at noen har nevnt at EU ønsker seg ett eget system som tilsvarer GPS-systemet fordi de er redde for at USA skal klusse til nøyaktigheten når USA måtte ønske det (f.eks. i en tid hvor de driver med kamphandlinger).

 

Vil vi se kombiprodukter mellom GPS og EU sitt GPS-svar? Når kommer EU sitt alternativ, og produktene, og vil det bli slik at siden GPS har fått så godt fotfeste at en EU-"dings" vil bli svindyr å anskaffe seg i overskuelig framtid?

[JohndoeMAKT]

Det er ingen kontroll for hvem som mottar det åpne signalet så vidt jeg vet hvertfall.

 

EU sitt alternativ heter Galileo, men det er ikke bare EU som er med for både Kina og India har bla lagt en del penger i potten.

Systemet skal i følge Wikipedia være oppe i 2010. (The year we made contact?)

 

EDIT : Angående kombiprodukter er det nok ganske sikkert at vi får se det slik det også finnes kombiprodukter mellom GPS og det russiske GLONASS.

 

EDIT2: Angående prisen så har Galileo tre nøyaktighetsgrader hvor den i midten er "CS" (Commercial Service) som koster lisens å bruke, så prosjektet vil også generere litt penger selv, kombinert med at det er en stor rekke land som står bak systemet så tror jeg ikke at prisen vil bli skummelt høy i forhold til GPS. Om kravet til bedre klokker osv er mye høyere så driver det nok prisen opp, og om det er mange patentlisenser så kan det også fordyre de, men made in China er made in China, så det blir nok overlevbart for forbruker-grad utstyr.

Endret 7. januar 2007 av JohndoeMAKT