Interne Beiträge einfacher GPS-Logger zum Positionierungs-Fehler – einfache Tests

Stand 07.11.2018

Vorab:

Selbst bei einfachen GPS-Loggern wie iBlue747, WPL2000 und PocketGPS S1 bleiben die bei ortsfestem Betrieb in reflexionsarmer Umgebung ermittelten Positionen – anders als zumeist erwartet – auf einen Kreisdurchmesser von weniger als 1 m beschränkt.

Gegebenheiten der Versuchsdurchführung

Am Positionierungsfehler eines GPS-Gerätes sind neben den Beiträgen aus vielfältigen äußeren Einflüssen, die zu einem nicht geringen Teil aus den Gegebenheiten der Übertragung der Funkwellen des GPS-Signals resultieren, auch Beiträge interner Fehlerquellen – z. B. aus dem Rauschen vom Empfängereingang und aus der internen Frequenzbereitstellung (Phasenrauschen / Frequenzschwankungen, Unterschied zwischen momentaner Signalfrequenz und den mit dem durch die Auslegung vorgegebenen Abstimmraster einstellbaren Werten der Empfangsfrequenz) – der Geräte selbst beteiligt.

Gelegentliche Unsicherheiten über die Art und Größe dieser internen Beiträge zum Positionsfehler gaben die Anregung zu Empfangstests. Voraussetzung für die Vergleichbarkeit der Ergebnisse sind der zeitlich parallele ortsfeste Betrieb der zu vergleichenden GPS-Logger und geringe Abstände der Kandidaten zueinander. Einflüsse aus unterschiedlichem Reagieren auf Mehrwegeempfang wurden durch geeignete Wahl des Geländes weitgehend ausgeschlossen. Der hier beschriebene Test erfolgte am 25.11.2O12  1:

  • iBlue747 (Transystem, MediaTek MT3318 (MTK I); Logformate: data.bin /binäres Format/, *.csv – hier benutzt),
    Erster Log-Eintrag (NoFix) 13:23:28 Uhr;
    Erster gültiger Eintrag 13:24:02 Uhr
  • WPL-2000 (Wintec, uBlox5-Derivat; Logformate: *.tes /proprietäres Binärformat/, *.csv – hier benutzt),
    Erster Logpunkt nach dem Einschalten 13:24:06 Uhr
    (Einschaltzeitpunkt nicht verfügbar)
    Zu einem etwaigen Einlaufvorgang:
     Logger nach tagelanger Ruhe zum Test erstmals wieder
     eingeschaltet; im Test-Log keine Daten eines
     etwaigen anfänglichen Einlaufvorgangs anzutreffen
  • PocketGPS S1 (PG-S1) (Cuu:B, MediaTek MT3329 (MTK II), Ausgabe-Logformat: *.nmea)
    Gewählte Log-Einstellungen: "1 s", "Auto Pause Off".
    Erster Logpunkt nach dem Einschalten 13:25:21 Uhr
    Zuvor mehrstündiger Betrieb bis 13:24:33 Uhr

Bei den beiden Loggern mit MTK-Chip – iBlue747 wie auch PocketGPS S1 – enthalten die Log-Files zu jedem Logpunkt-Eintrag Angaben zur Situation des Satellitenempfangs – die Anzahl der gemäß den Bahnparametern über dem Horizont befindlichen Satelliten sowie zu den empfangenen Satelliten die Werte von Elevation und Azimut und des Signal/Rausch-Verhältnisses (SNR), sodass aufschlussreiche Auswertungen möglich sind. Der SNR-Wert wird bei ihnen, wie üblich, in Einklang mit der Handhabung im NMEA-Protokoll, als Zahlenwert von C/N0 (eigentlich in dBHz) angegeben 2.

Im Unterschied dazu bleiben beim WPL-2000 Angaben zu den Satelliten unbekannt. Beim Test wurde hier von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, als GPS-Parameter einen vom SNR-Wert bei der internen Auswertung einzuhaltenden Mindestwert – gewählt wurde 24 dB – vorzugeben.

Reflexionsarmer Geländepunkt für den Empfangstest

Eine wichtige Voraussetzung für Gerätetests dieser Art ist insbesondere ein Empfangssignal, das frei ist von Echos mit Umwegen im Bereich von Metern. Eine derartige Empfangssituation gewährleistet zugleich die mit einem gegebenen Empfänger für alle empfangenen Satelliten erreichbaren maximalen SNR-Werte – mit Reflexionsarmut geht grundsätzlich das Fehlen von Pegelverlusten infolge Abschattung einher, und aus der Interferenz zwischen LoS- und NLoS-Anteilen resultierende Pegeländerungen bleiben minimal (die vom mit der Satellitenposition über der Zeit veränderlichen Phasenunterschied zwischen beiden Anteilen abhängigen Pendelungen zwischen den Extremwerten von Anhebung und Absenkung verschwinden).

Bei den üblichen GPS-Loggern für Freizeitanwendungen in Gehäuse-Ausführung ist das Anschließen einer externen Antenne nicht vorgesehen. Somit entfällt von vornherein die Möglichkeit, die Multipath-Störungen mittels einer Reflexionseinflüsse mindernden Antenne (z. B. eine – ggf. aktive – Antenne in z. B. Choke-Ring-Ausführung) zu minimieren 3 (eine Alternative könnte sein, den Prüfling selbst im Zentrum einer Chokering-Anordnung unterzubringen, wobei zu bedenken ist, dass Verbesserungen an dieser Stelle ohnehin nur Signalanteile betreffen, die auf der Beugung von Bodenreflexionen an der Grundplatte beruhen, es sich also um weitere Fehlerminimierung eines bereits fehlerarmen Signals handeln würde).

Für den Test gewählter Ausweg: Wahl eines exponierten unbebauten Geländes als Empfangsumgebung in Verbindung mit möglichst kleinem Abstand der Empfangsantennen der zu testenden Logger vom Untergrund –

die Logger wurden unmittelbar am Boden abgelegt 4.

Nächstgelegene Hindernisse (Blick auf das Gelände bei der Babisnauer Pappel bei Dresden, Autor: G. Sperling alias Thermikadler):

  • unregelmäßige Unebenheiten des Erdbodens (Größenordnungen; gegenseitige Abstände "1 m", Höhe "max. 0,1 m"), für den Empfang niedrigstehender Satelliten unvorteilhaft,
  • zwei größere Bäume (Entfernung ca. 100 m in Richtung SO), im Ergebnis der Inspektion der Logdaten als unbedenklich einzuschätzen.

Bodenbeschaffenheit: Ackerfläche, abgeerntet (zuvor mit Weizen bestellt) und grob umgebrochen, trocken (nach mehreren niederschlagsfreien Tagen)

Der Weg zum Testgelände ermöglichte in ausreichendem Maß die Anpassung der Logger an die Umgebungstemperatur (ca. 8°C).

Bild 1: Skyplots der Satellitenkonstellation
a: SVN, b: SNR-Werte der Satelliten

a

b

Ebenfalls als Bestandteil der Gegebenheiten während des Tests hat die Konstellation der Satelliten Einfluss auf die Testergebnisse. Für einen willkürlich gewählten Zeitpunkt während der – bezogen auf die Bewegung der Satelliten kurzen – Aufzeichnungsdauer ist sie in Bild 1 a ersichtlich ("SVN" – Space Vehikel Number – bei GPS zahlengleich mit der "PRN" – Nummer des GPS Pseudo Random Noise-Signal-Code; vgl. [IS-GPS-200H/2013], S. 6, Tab. 3-Ia).

Offensichtlich liegen die für kleine Beträge der geometrisch bedingten Genauigkeitseinbußen anzustrebenden großen Winkelabstände zwischen den Satelliten vor. Das spiegelt sich im Log (NMEA-Format) des PocketGPS S1 in kleinen Werten der internen Bewertungsfaktoren für Störeinflüsse auf die Positionsgenauigkeit wieder. Sie hatten zum aus Bild 1 ersichtlichen Zeitpunkt im einzelnen mit
 PDOP (für die Gesamt-Genauigkeit) = 1.37,
 HDOP (für die horizontale Genauigkeit) = 0.83,
 VDOP (für die vertikale Genauigkeit) = 1.09
übereinstimmend günstige Beträge, und lagen so auch während der gesamten Beobachtungsdauer in etwa gleicher Größe vor.

Google Earth-Bilder und (kml-)kmz-Datei zu den Test-Ergebnissen

Einen ersten Einblick in die Ergebnisse des Empfangs-Tests mit minimiertem Mehrwegesignalbeitrag sollen die nachfolgenden Bilder vermitteln. Sie stammen von der Darstellung der Tracks in Google Earth. Darüberhinaus sind die Ergebnisse in der Google Earth-Datei 121125_WPL-PGS1-747.kmz zusammengefasst 5. Mit den Möglichkeiten des Viewer-Fensters von Google Earth gestattet sie über die für diese Bilder ausgewählten Darstellungen hinaus weitere bildliche Auswertungen 6.

Die Zeitangaben in der obigen Auflistung der Logger bedeuten, dass die Angaben in der kmz-Datei und die Verläufe in den Bildern sowohl die verbliebenen minimalen Einlaufvorgänge der Logger vor Ort als auch die Veränderungen der Empfangssituation beim Bedienen der Geräte durch den Experimentator umfassen.

Die Punkte-Zuordnungen der Geräte in den Darstellungen des kml-Viewers entsprechen grob gemittelt der Anordnung der Geräte beim Test. Das vermittelt den Eindruck, dass die mit den drei unterschiedlichen Loggern gefundenen (mittleren) Koordinaten einer bestimmten Position – bezogen auf den hier angewendeten Entfernungsmaßstab – selbst in Tests nur kleiner Dauer wenig voneinander abweichen, bei eventuell beträchtlich großer gemeinsamer Abweichung von der wahren Position insbesondere infolge der Laufzeiteinflüsse von Ionosphäre und Troposphäre.

Google-Earth-Bilder zu den Test-Ergebnissen: Tracks

Bild 2: Track vom WPL 2000 (grün),
zum Vergleich (rot) eine 22-cm-Strecke

WPL 2000 – Bild 2

Grüne Linie: Track vom WPL-2000, Aufzeichnungsdauer ca. 14 Minuten (siehe Zeitangaben /gelb/ bei "Beginn" und "Ende"); die Logpunkte bewegten sich auf einer in Ost-West-Richtung verlaufenden Geraden (in diesem Bild grün) von 22 cm Länge, genauer zwischen deren Endpunkten. (zum Vergleich: rote 22-cm-Linie) Zum östlichen Ende des Tracks enthält die Log-Datei (lediglich) fünf Punkte.

 

Bild 3: Tracks von iBlue747, WPL 2000
und PocketGPS S1,
zum Vergleich ein Kreis, Durchmesser 1 m

iBlue747, WPL 2000 und PocketGPS S1 – Bild 3

Zeitlich parallel aufgezeichnete Tracks von iBlue747 (grün), WPL-2000 (rosa), PocketGPS S1 (blau) 7.
Aufzeichnungsdauern ca. 14 Minuten: Alle Punkte des eingelaufenen Zustands liegen innerhalb eines 1-m-Kreises.
Die sichtbaren Richtungspfeile gehören zu Trackpunkten eines mit dem Zeitschieberegler eingestellten, für die drei Logger gemeinsam wirkenden Punkte-Anzeigeintervalls von ca. 7:44 Minuten (siehe Angaben am Zeitschieberegler), im Fall des WPL während dieser Dauer an einer einzigen Stelle gelegen. Die Punkte-Zuordnung entspricht grob gemittelt der Geräteanordnung beim Test.

Google-Earth-Bilder zu den Test-Ergebnissen: Icons

Mit den folgenden beiden Bildern soll zusätzlich zu den Koordinaten (die allen z. B. mit dem Zeitschieberegler ausgewählten Punkten gemeinsam sind) ein Überblick zur Empfangssituation vermittelt werden, indem in die Labels außer der Uhrzeit zusätzlich

  • mit "u(v)" die Anzahl u der genutzten Satelliten (NMEA: "Satellites Used") und die Anzahl v der sichtbaren Satelliten (NMEA: "Satellites in View")

sowie

  • mit "xx.xx dB" das arithmetische Mittel der SNR-Werte aller am jeweiligen Zeitpunkt im Log als genutzt (=empfangen) ausgewiesenen Satelliten

aufgenommen wurden.

Zum Zustandekommen der Ansichten von Bild 4 und Bild 5:
Wenn im Google Earth-3D-Fenster beim Bewegen des Mausszeigers gleichzeitig mehrere Punkte erfasst werden, stellt der nachfolgende Maus-Links-Klick deren Icons möglichst vollzählig dar, wobei diese im Interesse der Sichtbarkeit der Labels innerhalb des gesamten Fensters verteilt werden. Zusammen mit den Verbindungslinien zum gemeinsamen Koordinatenpunkt entsteht dabei ein Anblick ähnlich einer Rosette, aus dem mit größerer Punktezahl – wie hier – ein leuchtender Strahlenkranz wird.
Mit einem Links-Klick dort auf einen der Richtungspfeile der Rosette öffnet man einen Info-popup mit weiteren Angaben zu dem betreffenden Track-Punkt.

Nachfolgend sind aus dem Track des PocketGPS S1 zwei Koordinaten-Punkte herausgegriffen. Die an diesen Positionen erhaltenen Logpunkte werden hinsichtlich der dabei empfangenen Satelliten und der über deren jeweilige Gesamtzahl gemittelten C/N0-Werte betrachtet.

Die Zeitangaben in den Labels der Trackpunkte lassen in beiden Fällen längere Verweildauern der Tracks an der jeweiligen Geo-Position erkennen.

Koordinatenpunkt 1 – Bild 4

Anzahl der empfangenen Satelliten

Bild 4: Icons zum PocketGPS S1 (blau) und
zum iBlue747 (grün, zwei Stück)

Fast ständig empfing der PocketGPS S1 an dieser von ihm ermittelten Position mit "10(12)".
Jedoch gibt es Ausnahmen: Z. B. ist in der Nähe des time sliders der kleine Wert "9(12)" zu sehen, der aber (aus dem dB-Wert zu schließen) zum iBlue747 gehört. Wenig unterhalb sieht man noch (bei 13:31:57 Uhr) "10(13)". Wie aus dem Log ersichtlich ist, galt das ab Start bis 13:32:01 Uhr. Vermutlich wurde PRN #06 mit Ele=01 ab da nicht mehr als "in View" gewertet (bis 13:29:21 Uhr war noch Ele=02).

SNR-Werte

Fast alle Werte bewegen sich zwischen 38,50 und 38,70 dB. Hier gibt es eine weitere Ausnahme: Z. B. kommt (am linken Rand, 13:38:11 Uhr) ein Wert 39,80 dB vor.
Zur Bewertung: Bei 10 Summanden bedeutet die Änderung des Resultats um 0,1 eine Änderung um 1 bei einem der Summanden. Beim Blick in das Log zeigen sich aber auch Fälle mit größeren (eventuell auch gegenläufigen) Änderungen bei niedrig stehenden Satelliten um z. B. gelegentlich 3 dB – vermutlich mit vom Bild abweichender Position, so dass sie im Bild weitgehend fehlen.

Koordinatenpunkt 2 – Bild 5

Bild 5: Koordinatenpunkt zum PocketGPS S1 mit
mindestens 175 sichtbaren Trackpunkten.
Auch diese als Richtungspfeile gestalteten Icons sind im
GE-Viewer-Fenster anklickbar.

Diese Position wurde in dem Zeitraum, innerhalb dessen ständig 13 Satelliten sichtbar waren, wiederholt an mindestens 175 Zeitpunkten, zumeist während längerer Zeitintervalle, eingenommen. Die Spanne der SNR-Werte ähnelt mit 38,20 bis 38,60 dB der von Bild 4.

Es sei noch angemerkt, dass bei den Tests auch die als besonders sensibel geltenden GPS-Höhen ausgewertet wurden. Wenn auch auf ganze Meter gerundet, betrugen die aus den Log-Werten ermittelten Summen der Anstiege wie der Abstiege beim Wintec-Logger jeweils 0 m, beim Cuu:B-Gerät 1 bzw. 2 m, beim iBlue747 6 bzw. 4 m (davon allerdings 5 bzw. 3 m innerhalb der ersten 40 s des dargestellten Verlaufs), was ebenfalls auf gute Empfangsbedingungen hinweist.

Einschätzung der Testergebnisse

Eignung der Testumgebung "Erdboden an exponierter Position"

Allein schon als Folge der Eigenbewegungen der GPS-Satelliten entlang ihrer Umlaufbahnen ändert sich die Weglänge etwaiger Echos anders als die Weglänge der Sichtlinie. Die daraus entstehenden zeitlich veränderlichen Wegunterschiede bedeuten zeitlich veränderliche Phasenunterschiede zwischen den Signalbeiträgen, woraus sich durch Interferenz zwischen dem direkten und dem Umweg-Beitrag zeitliche Pegelschwankungen an der Antenne ergeben. Sie weisen – anders als die aus der Satellitenbewegung stammenden langsamen, sich über Stunden erstreckenden Pegeländerungen (Ursachen: Abstandsänderung Satellit – Logger, Antenndiagramme von Satellit und GPS-Logger, Änderung der Weglänge entlang der LoS innerhalb der Erdatmosphäre) – eine Periodizität auf.

Auf die Zusammenhänge, die bei Interferenz zwischen dem Direktsignal und dem Umwegsignal über ein feststehendes Objekt gelten, wird z. B. in [Rost 2011], Seiten 65 – 69 und weiter Seiten 78 – 79 eingegangen. Die Art der zu erwartenden Periodizität geht aus den simulierten Verläufen der dortigen Abb. 3-16 hervor. Die dort ersichtlichen Periodizitäten der Phase treffen gleichermaßen für die Empfangspegel und damit auch für z. B. SNR zu 8.

Erwartungsgemäß sollten deshalb die SNR-Schwankungen für einen am Erdboden abgelegten Logger verschwinden. Eine Erklärung für die erwähnten im Log vorgefundenen Schwankungen (entsprechen Umwegen im Bereich "Dezimeter") wird in den unregelmäßigen Bodenerhebungen der Umgebung seitlich vom Logger gesehen, deren Auswirkung bei dem ursprünglich als orientierend gedachten Test erst im Rahmen der Auswertungen erkannt wurde. Der Herleitung in [Rost 2011] zur Abb. 3-16 (Seite 79) liegt Abb. 3-9a (Seite 68) zugrunde: Es wird von Umwegen über Hindernisse ausgegangen, die sich vom Satelliten aus gesehen vor dem Logger befinden – gemäß dem Ansatz "Bodenreflexionen" senkrecht unter der Sichtlinie. Zu den bei den Tests besonders betroffenen niedrig stehenden Satelliten sind über Objekte in der Umgebung der Logger lediglich kleinste Umwege möglich. Jedoch treffen die geometrischen Beziehungen der Abbildung 3-9a auch beim Rotieren ihrer Bild-Ebene mit den eingetragenen Strahlen um die Sichtlinie zu – somit für alle Punkte, die sich auf einem Kreisbogen um die Sichtlinie befinden – mit vom Empfänger aus gesehen – gleichem Abstand vom Empfänger und gleichem Winkel gegenüber der Sichtlinie.

Umgekehrt darf so geschlossen werden, dass nur wenig mit der Zeit schwankende C/N0-Werte als Hinweis auf eine reflexionsarme Umgebung zu werten sind.
Eine unter dem Gesichtspunkt der Bodenunregelmäßigkeiten sorgfältiger ausgewählte Testumgebung lässt weitere Verbesserungen des Mehrwege-Verhaltens erwarten.

Eigenfehler der untersuchten GPS-Logger

Im eingelaufenen Zustand streuen die von den einfachen GPS-Loggern im Test ermittelten Positionen lediglich innerhalb eines Meterbruchteils. Gegenüber den bei ihrer üblichen Verwendung von Mehrwege-Echos verursachten Positionsabweichungen (oft bei mehreren Metern) spielen bei unter offenem Himmel anzutreffenden Pegeln 9 die aus diesen GPS-Loggern selbst stammenden Fehler (überwiegend aus dem Rauschen vom Empfängereingang und aus der internen Frequenzbereitstellung) keine Rolle.

Zusätzlich legt allerdings besonders die äußerst kleine Streuung beim WPL-2000 die Vermutung nahe, dass die Testergebnisse dieses Geräts, bei deren Gewinnung ohnehin die stärker verrauschten Satelliten gemäß der Vorgabe "SNR > 24 dB" von der Positionsbestimmung ausgeschlossen wurden, voll den intern für Log-Daten üblichen Glättungsverfahren unterworfen sind und somit Angaben zum eigentlichen internen Fehler des WPL-2000 so nicht erhältlich sind.

Interessant erscheint an dieser Stelle ein Vergleich mit Testergebnissen, die mit dem u-blox-GPS-Chip NEO-6P (dürften ähnlich auch für dessen Nachfolge-Modelle zutreffen) erzielt werden. Sowohl ein Plot im OpenStreetMap-Wiki-Beitrag "OptimalSystem USB-dongle with u-blox NEO-6P PPP Chip Review als auch – wesentlich umfangreicher – die Plots in einer Messreihe direkt bei OptimalSystem.DE, Seiten 5 bis 13 entsprechen ebenfalls dem Eigenfehler – wobei statt der oben gewählten besonders reflexionsarmen Antennenposition Maßnahmen der unter Anmerkung 1 des Eintrags "Beugung der GPS-Signale an Kanten abschattender Hindernisse" erörterten Art getroffen waren. (Die auf Seite 15 des Berichts zur Messreihe mit dem NEO-6P dokumentierte Wiederholgenauigkeit innerhalb längerer Zeiträume, ein besonderes Merkmal dieses GPS-Chips, ist mit den drei GPS-Loggern des hier beschriebenen Vergleichstests prinzipiell nicht erreichbar.)

Anmerkungen

1  Die nachfolgenden Angaben zur zeitlichen Vorgeschichte, alle UTC, stammen aus den Logs.

2  Allerdings ist bei einfachen Geräten davon auszugehen, dass eine Eignung dieser Werte für eine vergleichende Beurteilung der Empfangsqualität verschiedener Modelle eher nicht gegeben ist.

3  Denkbar wäre allerdings, eine definierte Signaleinkopplung nach dem Prinzip der in einem anderen Beitrag der "Ideensammlung" erwähnten kontaktlosen Übergabe des Signals an den Logger vorzusehen.

Andererseits geht (als Folge kaum vermeidbarer Anpassungsfehler an den Kabelenden) mit jeder in den HF-Signalweg eingefügten Zuleitung die Gefahr zusätzlicher Echos (mit Umwegen von etwas mehr als dem Zweifachen der geometrischen Leitungslänge) einher, der mit Bauteilen wie Richtkopplern oder Dämpfungsgliedern zu begegnen wäre.

Nebenbei bemerkt dürfte es sich in dieser Empfangsumgebung "geometrisch bedingt" sehr flach einfallender Echosignale mit dem Choke-Ring-Konzept um eine von nur wenigen Möglichkeiten zur Verringerung der Multipath-Störungen handeln. Wenig erfolgversprechend erscheinen hier z. B. Antennen mit verbesserter Polarisationsentkopplung. Deren besondere Stärke gilt Situationen mit (Einfach-)Reflexionen (bei ihnen kommt es zur Richtungsumkehr der Polarisation) an Flächen höher gelegener Objekte,.

4  Ein Messaufbau, der einem ähnlichen Ansatz folgt, ist in [Granström 2007] Seite 20, beschrieben – mit einer gleichsam in die Wellen absorbierendem Material eingebetteten GPS-Antenne (in Choke-Ring-Ausführung) in Bodennähe.

5  Bildaufnahmedatum der Google Earth-Ansichten ist bei den meisten der Bilder dieses Eintrags der 01.01.2008. Papier-Drachen wie in der Ansicht Stand Juli 2014 waren während des Tests allerdings nicht unterwegs.
Ansichten diverser Aufnahmezeitpunkte sind über "Historische Bilder" – im GE-Viewer-Fenster – erhältlich.

6  Denkbare Beispiele:
 Maus-Klick auf Checkboxen der Folder der drei Logger.
 Mausklick auf Checkboxen von Referenzfiguren (Kreis, Strecken)
 Auswahl von Trackpunkten mit dem Zeitschieberegler (zur Handhabung siehe S. 25 von "Heilig, A.: Google Earth Training" oder, ausführlicher, im Eintrag "Der Zeitschieberegler von Google Earth").

7  Bei diesem Maßstab fällt ein (wenn auch) enges regelmäßiges Koordinaten-Raster auf, dem die Positionen der Trackpunkte im Google Earth-Viewer-Fenster untergeordnet sind. Offensichtlich ist dabei die Lage der Rasterpunkte nicht für alle Logger des Tests gleich. Das resultiert aus unterschiedlichen Schrittweiten der Raster und diese wiederum aus der unterschiedlichen Anzahl der Nachkommastellen der Koordinatenangaben in den Logs zusammen mit Unterschieden der Art der dafür in den Logs abgelegten Zahlenwerte:

 Logger
 (Chipsatz)
Anzahl Nachkommastellen
(im Log)
Raster [grad]
(im Log)
Raster N/S
[cm]
Raster E/W
[cm] (N51°)
 iBlue747 (MTK I) 6 1*10-6 11 8,6
 WPL-2000
 (u-blox5-Derivat)
7 >4*10-7 4,4 3,4
 PocketGPS S1 (MTK II) 4 (NMEA-0183 →
1*10-4 Dezimal-Sekunden)
1,667*10-6 18 14

Im Unterschied dazu gibt es seitens Google Earth "selbst" keinerlei Beschränkungen: In aus GE gespeicherten Files mit manuell positionierten Objekten (Ortsmarken, point-Icons, LineString-Punkte) kommen Koordinatenangaben mit bis zu 15 Nachkommastellen vor. Und auch zu vermutende Auflösungsgrenzen der Bildschirmdarstellung können vermieden werden: Zumindest ist im Fall der Version 7.1.2.2041 mit Maus-Links-Doppelklicks auf Linienobjekte – solange sie dabei anklickbar bleiben – ein tiefes Hineinzoomen in deren Darstellung zu erreichen.

8  Zusammenhänge zwischen Mehrwege-Interferenz und SNR(C/N0) sind wohl auch der Hintergrund einer Diskussion im Geospector GPS-Forum (vormals kowoma GPS-Forum).

9  Zahlenwerte:
[Strang ua 2008], Seite 37, Abbildung 24: Bei einem bestimmten Korrelator-Typ im GPS-Modul trägt eine Absenkung des vollen Satellitenpegels mit C/N0 = 45 dBm um 12 dB (also auf 33 dB) mit 3 m, um 31 dB (d. h. auf 24 dB) mit 131 m (Angabe jeweils als Standardabweichung) zum Positionsfehler bei.

GPS-Empfänger "Phoenix" des DLR – [Montenbruck 2004] Seite 4, Fig. 3: Verlauf von "Pseudorange [m]"

Nimmt C/N0 (Rauschbeitrag aus dem GPS-Modul) von 49 dB auf 37 dB ab, vergrößert sich der Beitrag zum Rausch-Pegel der Pseudoranges (und in gleicher Größenordnung zum Positionierungsfehler) von 0,2 m auf 0,85 m.

Verweise

[IS-GPS-200H/2013] Global Positioning Systems Directorate: Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces. National Coordination Office for Space-Based Positioning, Navigation, and Timing, Washington D.C., USA, 2013 – Web-Link (PDF)

[Rost 2011] Rost, Ch.: Phasenmehrwegereduzierung basierend auf Signalqualitätsmessungen geodätischer GNSS-Empfänger, Diss. TU Dresden 2011 – Deutsche Geodätische Kommission bei der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Reihe C: Dissertationen, H. 665, München 2011 – Web-Link (PDF)

[Strang ua 2008] T. Strang, F. Schubert, S. Thölert, R. Oberweis, u. a.: Lokalisierungsverfahren. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Wessling, 2008 – Web-Link (PDF)

[Montenbruck 2004] O. Montenbruck; B. Nortier; S. Mostert: A Miniature GPS Receiver for Precise Orbit Determination of the SUNSAT2004 Micro-Satellite. ION National Technical Meeting, San Diego, California, 2004 – PDF-Link

[Granström 2007] C. Granström, J. Johansson, M. Lidberg: Site-Dependent Effects in Hight-Accuracy Applications of GNSS. In Report on the Symposium of the IAG Subcommission for Europe (EUREF). London, 2007 (http://www.euref.eu/symposia/2007London/05-02-lidberg.pdf – 08/2018: URL nicht mehr erreichbar)


Klaus Dannowski – Klaus‘ GPS-Ecke
18.O2.2O13

"PocketGPS-S1/PG-S1, WPL-2000 and iBlue747: GPS reception with weak multipath signal"