BitBasics - Satellitennavigationssysteme (GPS, GLONASS, etc)
Vložit
- čas přidán 28. 10. 2017
- Wer wissen will wo er ist, der Fragt meist sein Smartphone - aber wie kann der kleine Kasten diese Frage beantworten? In dieser Folge schauen wir auch die Techniken hinter GPS & Co.
Dank an tmjbeary für die Basis vieler Grafiken. - Věda a technologie
Top erklärt, vor allem die digitale Darstellung hat das Ganze sehr anschaulich gezeigt👍
ab 5:40 2D / 3D
"Die Erde ist nicht ganz so flach, jedenfalls: Die meisten behaupten das!"
Genial :D
Danke für das Video, hat mir mega für ein Referat über GPS geholfen : )
exzellent erklärt. Danke 👍
Super erklärt, sehr hilfreich!
sehr gutes und hilfreiches video, vielen dank dafür
Hier wurde schon einiges diskutiert bzgl. "warum 4 Satelliten und nicht 3?" bzw. "warum muss die Empfängeruhr nicht mit den Satellitenuhren synchronisiert sein?". Noch ein Stichwort war Laufzeit*unterschiede* bzw. dass nur diese betrachtet würden.
*Wer - außer mir - möchte das alles noch ein bisschen genauer verstehen?*
Ich meine damit "richtig-echt-selber-und-konkret" verstehen, und anwenden-können - ja sogar: anderen-erklären-können.
Nochmal großes Lob an Bitbastelei - wirklich inspirierendes Video! Es geht mir insbesondere um die Mathematik, und wie man sie möglichst gut und einfach und anschaulich erklärt. "Anschaulich" heißt i.W. geometrische Interpretation.
Eigentlich & tatsächlich haben wir aber erstmal eben nur Laufzeitunterschiede - wie geht das jetzt am besten?
____
p.s.: Ein paar Gedanken hab' ich mir dazu zwischenzeitlich gemacht, und einiges an Papier vollgekritzelt. Mit dem Kommentar hier will ich mal sehen ob es sich lohnen würde das Ganze etwas aufzubereiten. Also z.B. in Form eines kleinen Blogs zur Diskussion zur stellen.
Im dt. Wikipedia findet man de.wikipedia.org/wiki/GPS-Technik#L.C3.B6sungsverfahren_f.C3.BCr_4_Gleichungen_mit_4_Unbekannten .
Was ich da nicht verstehe ist der Schritt hin zu zwei linearen Gleichungssystemen mit jew. 3 Unbekannten. Wenn man sich anschaut wie sich die Lösung ändert für nur 3 Satelliten (für 3D) bzw. nur 2 Satelliten (für 2D) *in Abhängigkeit von t0 bzw. des Zeitversatzes* - dann ergeben sich *keine* Geraden, sondern komisch gekrümmte Kurven. Außerdem sind die nicht stetig bei Zeitversatz = 0.
Anyone?
p.s.: da bin ich mit einer relativ einfachen Konstruktion in GeoGebra draufgekommen: www.geogebra.org/
daumen hoch !! sauber gemacht !!!
Schönes gevideo. Thx
Dankscöön sehr hilfreich
schönes video und lg aus neuwied
Moin Florian, womit hast du die Animierte Grafik der Satelliten bei 10:11 erstellt?
Gruß
Mit "von-Wikipedia-kopieren" ;) Ursprünglich wurde das mit MATLAB erstellt.
commons.wikimedia.org/wiki/File:ConstellationGPS.gif
Und wo gibts opensorce illugal program das 3 meter kann?
Ohne weiter gesehen zu haben, 0:19 das ist das Atomkraftwerk Mülheim-Kärlich :D wusste gar nicht dass es um mich herum auch so viele Nerd's gibt. Ein paar Sekunden weiter die Neuwieder Brücke, Klasse
+Patrick K *zeigt auf das Koblenzer Hackerspace-Projekt* mehr als man denkt ;)
Ich schreibe aktuell meine Facharbeit zum Thema GPS und Ihr Video ist für meine Ansprüche das bisher mit abstand beste, jedoch dürfen wir keine Videos als Quellen verwenden und ich weis das die Chance eher gering ist aber besteht die Möglichkeit die ihre Quellen für diese Informationen zu erhalten?😅
TOP Video !
Eine Frage hab ich noch:
Der Satellit sendet als seine Position und seine Uhrzeit. klar soweit.
Jetzt muss ein GPS Empfänger über die Signal-Laufzeit die Distanz errechnen.
Also benötigt der Empfänger doch auch die genaue Uhrzeit bzw. eine Zeit Synchronisation.
Kann es sein, das über mehr als 3 Signale nach und nach die Zeit Synchronisiert wird ?
Jein - 3+ Sats ist richtig. Soweit ich verstehe wird für die Berechnung die reine Zeitdifferenz genutzt. Da das Sample zum gleichen Zeitpunkt geholt wird ist die lokale Abweichung bei allen Daten gleich und fällt so nicht ins Gewicht. Davon ausgehend, dass alle GPS-Daten korrekte Uhrzeiten haben kann so die Position recht genau bestimmt werden - was übrig bleibt ist der Fehler der lokalen Uhr welchen man zur Berechnung der "richtigen" Zeit nutzen kann.
en.wikipedia.org/wiki/Pseudorange
en.wikipedia.org/wiki/GNSS_positioning_calculation
Und falls der Akku mal leer ist hilft wie in der Seefahrt die klassische Navigation mit zwei Landmarken wie z.B. der Kühlturm vom AKW Mülheim-Kärlich und die Raiffeisenbrücke bei Neuwied ;-)
@BitBastelei Wann kann man den mit dem Video rechnen?
"dem Video"
13:01
Wenn's funktioniert nächste Woche
Die Brechung der Atmosphäre wird übrigens durch verschiedene Frequenzen heraus gerechnet.
Die Erklärung warum man mind. 4 Satelliten braucht stimmt so nicht. Drei Kugeln (von Satelliten) plus die Erdkugel miteinander geschnitten ergibt nur einen Punkt im Raum, nicht zwei.
*[EDIT: statt Erdkugel besser jene auf der alle Satelliten fliegen (26700 km um Erdmittelpunkt). In deren INNEREN liegt einer der zwei Schnittpunkte von drei "Satelliten-Abstands-Kugeln", der andere AUSSERHALB. Trotzdem braucht's noch einen 4. S, denn...]*
Das setzt aber voraus, dass wir die Laufzeit genau messen können. Dafür müsste auch der Empfänger - wie die Satelliten - eine Atomuhr haben, die noch dazu mit den Satellitenuhren synchronisiert ist. Das ist so selbst wenn wir relativistische Effekte außer Acht lassen (und dass die Satelliten sich bewegen etc etc).
Ein vierter Satellit ist nötig um diese fehlende (Zeit-)Koordinate zu bestimmen. Wenn auch schwer zu visualisieren, es läuft auf vier Gleichungen mit vier Unbekannten hinaus.
Woher weiß denn sonst der GPS-Empfänger wie spät es gerade genau ist (Video sprach ja selbst von µs). Danke @TheRealMeisl, so wie du es sagst.
accdiabolus Ich danke Dir :)
Die Satelliten fliegen in 20200 km Höhe. Betrachten wir nur solche, die nicht zu weit von "direkt über uns" (90°) entfernt sind - sagen wir bis 45°. Der Erdradius ist ca 6500 km. Zum Abschätzen reicht Pythagoras: maximale Entfernung ca 22900 km (von Beobachter auf Meereshöhe zu Satellit). Mit c = 300000 km/s ergeben sich also Laufzeiten zwischen 67 ms und 76 ms.
Ein Entfernungsunterschied von 2700 km entspricht also einem Laufzeitunterschied von 9 ms oder 300 m/µs. Das heißt: µs ist bei weitem nicht genau genug! Eher so im Bereich von 10ns.
Du siehst, so (allein) kommt man realistischerweise nicht in den cm-Bereich, den Du erwähnt hast.
Zumal nur 10-15° vom Horizont als "schlecht" gelten, also für die Positionsbestimmung , für die Höhenbestimmung (GPS = "US-Bomber" sollen Ihre Ziele finden) sind diese aber wichtiger.
Nicht zu vergessen das Nordloch! Also das Fehlen von "polaren" Bahnen (alle
accdiabolus Wie groß ist die Entfernung bei 10° über Horizont?
Ich tu mich grad ein bisschen schwer; 45° hatte ich nicht umsonst (=wg. Faulheit) gewählt...
~24700 km also 82ms (unter der Annahme das Firmament sei eine Halbkugel)
Und wie funktioniert das Ganze bei den Flacherdlern?? :D
Such mal nach dem Kommentar von "alarupala ́s Satire"...
Tatsächlich ist das aber wirklich eine interessante Frage, also ich mein' so "argumentations-ökonomisch" gesehen:
Nehmen wir einen Flacherdler, der sein GPS-Navi benutzt, und ihm damit auch vertraut. Ok, er muss noch die "bösen" Kugelkoordinaten (gegeben als geogr. Länge und Breite) irgendwie in "flache" umrechnen - egal.
Aber wie erklärt er, dass die Daten die er da empfängt tatsächlich *funktionieren*, dh. echt brauchbar sind?
1) muss es wohl ein (wie auch immer) funktionierendes "DPS, "Disc-Positioning-System" oder so geben und
2) muss jemand den Aufwand betreiben diese Daten so umzuformen, dass es aussieht als wäre die Erde eine Kugel und es gäbe Satelliten um diese Kugel, etc etc
...wozu?!
LearningToFly77 Es tut sich was. Ich hab das Gefühl, dass wir der Sache näher kommen :D Schau's Dir an.
Hmmm, auf einer flachen Erde bräuchte es in der Mitte doch nur einen genug hohen Sendemast. Aus Distanz und Winkel könnte man dann die genaue Position errechnen. Wäre um einiges günstiger ;-DD Vielleicht melde ich mich mal bei der "Flat Earth Association"
Hmm, mit der Winkelbestimmung könnt's schwierig werden. Ich mein vergleich mal den Formfaktor von nem Navi und nem Radar...
Egal, so ein "DPS" könnte man schon auf die Beine stellen. Es würde aber zunächst Scheibenkoordinaten liefern. Unser Navi gibt uns jedoch Kugelkoordinaten - die gefaked sind nach den Flacherdlern. Ziemlich gut sogar, d.h. wenn ich mich bewege, kann ich die Strecke auch unabhängig messen und ich kriege ich andere Kugelkoordinaten. Und alles passt zusammen und es sieht so aus als hätte ich mich tatsächlich auf einer Kugel bewegt.
Die Frage ist: wie biegt man die "eigentlichen" Scheibenkoordinaten so hin, dass das funktioniert?
Dass der Kanal geht nur in eine Richtung geht (Navi empfängt nur, Sender sendet nur), sollte die Sache noch schwieriger machen.
Die Flacherdler haben jetzt zwei Möglichkeiten (angenommen sie gehen überhaupt drauf ein...):
1) "der Fake passiert im Empfänger"
2) "der Empfänger sendet doch zurück" (identifiziert sich z.B.)
Beides ließe sich entkräften wenn man selbst - also unabhängig von den selbstverständlich an der Verschwörung beteiligten Herstellern - einen Empfänger baut. Wäre mal einen Versuch wert.
Was wir aber auf jeden Fall sehen: irrsinniger Aufwand nur dafür dass alle an den Globus glauben. Warum?! Cui bono?
LORAN googeln. Die Amis brauchten weltweit nur 8 SENDER UM weltweit auf den Meeren ihre Position zu bestimmen.
3m-Genaugkeit ist längst nicht das Ende der Fahnenstange. Mit der Einbeziehung von sog. Referenzstationen (so etwas ähnliches wie trig. Punkte) kommt man in den mm- bzw. cm-Bereich! Übrigens wäre eine 3m-Genauigkeit für Verm.-Arbeiten viel zu ungenau.
Alkoholfahne 😁🍺
Ich würde gerne einen Ballon in die Stratosphäre steigen lasen mit 📷 usw. und hätte gerne eine live Daten Übertragung
Wie können man das machen ???
Hier war ich live dabei, bei einer Makerfair z.B. machen die sowas czcams.com/video/dnB8lW78_Ro/video.html
Kay Uwe Schmidt toll aber wie kann ich eine live Video und gps Übertragung in 20km stabile beibehalten ??
Dieser Ballon war sogar ca. 35 KM hoch und die Übertragung klappte. Als Privatmann kann man sowieso keine Ballons steigen lassen wegen Luftraumverletzung. Auf der Makerfair in Hannover stand ein Verein dahinter, die suchen immer Leute, die sich für sowas interessieren.
Kay Uwe Schmidt auch als Privatperson darf man ein Wetter Ballon steigen lassen dafür muss man nur ein Antrag beim Luftfahrtamt stellen
Frag mal die Funkamateure aus deiner Umgebung.
Oder mal "Amateurfunk Stratosphärenballon" googlen...
Moment mal. Die Zeit vergeht da oben langsamer als unten. 9:18
stimmt - darum werden die Uhren ständig korrigiert
Thorsten Wessel Gut das müssten sie auch, wäre es anderesrum. Aber das wäre gegen die Naturgesetze.
Ganz einfach E = mc2
Pierre Bodyn Nee Du, darum geht's eigentlich gar nicht. Zumal das auch nur die einfache Formel für die Energie der *Ruhe*masse ist.
Chrfilmer Wie schnell die Zeit in den Satelliten vergeht hängt von zwei Dingen ab:
1) Relativgeschwindigkeit, nach spezieller RT. Je größer die Geschwindigkeit desto langsamer die Zeit.
2) vom Gravitationsfeld, nach allg. RT. Je kleiner das Gravitationspotential, desto *schneller* die Zeit.
Die Satelliten sind so weit weg dass der zweite Effekt überwiegt, die Uhren also insgesamt *schneller* gehen.
de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#/media/File:Satnavrel02.svg
hahahaha Das chinesische Satelitensystem heißt nicht baidu(百度) sondern beidou(北斗)， nur sage dir Bescheid :) （Baidu ist eine Suchmaschine）😉
4 Meter? Und damit misst man dann Gebäude gedätisch ein? Naja, eher weniger, eher so unter 1 cm. vgl. Laica Viva GNSS
GS08plus (erst bestes gefundenes)
+accdiabolus das ist dann aber DGNSS, eher nur in Profi-Geräten zu finden und nicht mehr nur der Standard, der hier beschrieben wurde.
Ich sage es mal so, das interessiert selbst fürs "Grundstudium" Geodäsie & Geoinformationssysteme nicht wirklich.
2:40 2 Meter Abstand
@ Nehner GPS geht nur über Funktürme 😂😂😂 weil die Erde eine Scheibe ist😅
Nicht kreisdurchmesser sondern radius...
GPS geht nur über Funktürme. Nicht über Satelliten
Heißt das, das mein Smartphone auch drei bis vier Atomuhren hat? :)
Selbst wenn nur eine drin wär müsste sie zusätzlich noch (irgendwann einmal) mit den Satellitenuhren synchronisiert worden sein.
Etwas stimmt hier nicht...
Huh? 09:25 "unser Handy hat's halt nicht"
BitBastelei Klar hast Du's gesagt, aber ich denke er bezieht sich auf 3:03 . Da sagst Du man müsste nur die eigene Uhrzeit mit der im Paket vergleichen. Mit c und einer Höhe von 20000 km ergeben sich Laufzeiten grob zwischen 60 und 100 ms.
Da stellt sich dann schon die Frage wie man die Empfängeruhr so genau synchronisiert, oder?
Auch später erklärst Du nicht wie dieses Problem gelöst wird.
Hab's mir nochmal (etwas) genauer überlegt: die Laufzeiten liegen sogar nur zwischen 67 und 76 ms, und für den m-Bereich braucht man ~10ns Genauigkeit.
Trotzdem bzw. ansonsten find' ich das Video aber toll, wirklich!
(Danke auch für's anpinnen ;)
genau darauf habe ich mich bezogen und genau das Problem bzw dessen Lösung hatte ich nicht verstanden. aber wenn ich jetzt etwas darüber nachdenke,dann wird wohl nur die Differenz zwischen den uhren bzw der Zeitangabe in den nachrichten von den Satelliten wichtig sein.man braucht keine Differenz zwischen smartphone und Satelliten kennen , sondern nur die zwischen den satelliten. vermute ich
Es gibt nur 2 Sorten von Satelliten sagt Robert Bassano
In seinem Video All satel ittes are on ballo ons
Das Video ist 2 Stunden lang und auf Englisch..
Was es nicht gibt sind die Satelliten die entweder geostationär an einem bestimmten Punkt 36000 km über der Erde "stehen" sollen oder die im low Orbit in 200 bis 2000 km Höhe um die Erde sausen sollen mit einer Geschwindigkeit von knapp 8 km pro Sekunde.
Leider ist es im Quasivakuum in dieser Höhe nicht möglich, dass irgendwelche Objekte sich dort bewegen können, vor allem nicht solche ohne Motor, ohne Treibstoff und ohne Sauerstoff. Auch keine Raketen.
Da müssten die Satelliten mit ZAUBERKRAFT angetrieben werden.
Sie könnten auch nicht um die Kugelerde fliegen, da diese auch nur im Märchen, im Schulbuch und bei der NASA existiert. Über die flache Erde
zu fliegen wäre möglich, aber nur in der Atmosphäre.
Was es gibt sind Flugzeuge die die Funktion von Satelliten erfüllen.
1. Die Lockheed U2-S,
fliegt 20-25 km hoch, Spitzengeschwindigkeit 800 km pro Stunde.
2. Die U2-S wird zunehmend ergänzt/ersetzt durch den Global Hawk
fliegt 20 km hoch, Spitzengeschwindigkeit 640 km pro Stunde.
3. Grumman E-2 Hawkeye
Jeder Flugzeugträger hat 4 solcher Propellerflugzeuge,
Sie sind die Augen des Flugzeugträgers und können bis zu 650 km weit sehen. Höchstgeschwindigkeit 600 kmh, kann bis zu 6 Stunden in der Luft bleiben. Dienstgipfelhöhe can 9500 bis 11.000 m.
AWACS flugzeug
5. STRATOSPHÄRENBALLONS auf Heliumbasis.
Die NASA ist der größte heliumverbraucher der welt. Ballongrösse bis 500.000 m3. Tragkraft für bis zu 4 Tonnen payload. Unten dran am Ballon hängt der sog. Satellit. Start erfolgt in entlegenen Regionen. Arktis Antarktis Nordschweden.
Höhen bis 80 90 km. Können mehrere Monate oben bleiben.
Das Video ist 2 Stunden lang und auf Englisch.
Es beginnt mit einem Interview eines Leutnants der in den 50er 60er Jahren Mitglied einer Geheimen Luftwaffeneinheit in Alaska war.
Diese Einheit hatte die Aufgabe den nach Absprengen des Balloons an Fallschirmen hängenden Satelliten mit speziellen Flugzeugen wieder einzufangen.
Ganz spannend wird es dann wenn man die Referenzliste der Ballon-Satellitenstarts des schwedischen Dienstleisters durchgeht.
Unter anderem tauchen da Ballonstarts auf für
MIR 12 balloonlaunches
INMARSAT 2 balloonlaunches
ENVISAT 13 balloonlaunches
NASA > 8 balloonlaunches
Und es wird mehr als einen Dienstleister geben als die Schweden
In einem weiteren Teil sieht man wie so ein satellitelaunch via Ballon in Antarctica wirklich vor sich geht.
Im letzten Teil machen Sie Bekanntschaft mit der Dragon Lady,
der legendären Lockheed U2-S. SIE fliegt 20-25 km hoch, Spitzengeschwindigkeit 800 km pro Stunde. Achthundert.
30 Stück davon gibt es weltweit 1/3 davon unbemannt und in der Luft aufzutanken. Reichweite 10.000 km.
Das sind die Nachfolger der Ballons. Stück 1,5 Mrd. USD.