Letzte Änderung am 10.11.2016

"Kaltstart eines GPS-Loggers"

Z. B. in [gpsequip1996], Seiten (1-9) bis (1-13), ergänzend auch auf Seite (3-10), wird auf die internen Abläufe der Signalverarbeitung im GPS-Empfänger eingegangen. Darauf aufbauend werden auf Seite (3-9) die – stets in den Datenblättern der GPS-Chipsätze ausgewiesenen – drei, vom Zustand der im Logger verfügbaren Daten abhängigen Start-Moden als Warm-Start, Heiß-Start und Kalt-Start definiert.

Zu einem Kaltstart eines GPS-Loggers kommt es bei einem Start ohne jegliche Satellitendaten, aber auch im Fall nicht zur Satellitenkonstellation passender Daten oder fehlender Almanach-Daten. Den Start ohne Daten löst der Anwender mit den Bedienvorgängen für einen "Kalt-Start" aus, dessen Ablauf mit dem Löschen der in den Speicherbereichen vorhandenen Daten beginnt. Zu nicht zur Satelliten-Konstellation passenden Daten kommt es nach einem größeren Ortswechsel, aber auch bereits beim Wiedereinschalten innerhalb mehrerer Stunden nach dem Abschalten des Empfängers, weil zu viele der ursprünglich vorhandenen Satelliten unter den Horizont (oder unter eine programmierte Mindest-Elevation) abgewandert sind. Und die Erfahrung zeigt, dass es auch dann zu Startdauern ähnlich denen beim Fehlen der Almanach-Daten kommt, wenn zuvor eine Suche unter unzureichendem Empfang ergebnislos abgebrochen worden war.

Bar jeglicher Satellitendaten meint der Logger nach dem Start, am 1. Januar, 0 Uhr eingeschaltet worden zu sein und beginnt mit der Aufnahme der – nicht zuletzt zur Gewährleistung ausreichend kleiner Übertragungsfehler mit besonders niedriger Datenrate zyklisch durchlaufend gesendeten – Almanach-Daten. Dabei währt ein Zyklus 12,5 Minuten. Diese Daten werden von jedem Satelliten geliefert. Zunächst muss dazu der Empfänger in einem komplexen, auf sämtliche Satelliten des Systems ausgerichteten Suchvorgang den stabilen Empfang mindestens eines dieser Satelliten herbeiführen. Dabei erstrecken sich die möglichen Empfangsfrequenzen der Satelliten infolge des Dopplereffekts über ein Frequenzband, dessen Breite sich aus den Extremwerten der Relativgeschwindigkeiten der einzelnen Satelliten bezüglich des Beobachtungsorts ergibt, die wiederum aus der Bahngeometrie resultieren. Bei vernachlässigbarer Dauer für das Auffinden eines ersten Satelliten würde ein vollständiger Datensatz – je nach Startphase – nach 12,5 bis 25 Minuten vorliegen können. Unter ungünstigen Gegebenheiten kann es aber auch dazu kommen, dass die Zeitspanne des Einlesens des Almanachs um Vielfache der 12,5 Minuten länger ausfällt.

Besonders schön lässt sich der Ablauf in der Satelliten-Übersicht eines GPS-Loggers, wie dem des "PocketGPS S1" (das fünfte Menü nach dem Basismenue) oder bei Nutzung eines GPS-Empfängers oder eines für die Datenweitergabe ausgelegten GPS-Loggers mit einem einschlägigen Programm an einem Bildschirm verfolgen. Dieser etwas langwierige Ablauf ist bei allen GPS-Geräten ähnlich. Aber bei einem Display-Logger ist er besonders bequem zu beobachten.

Zum

Ablauf beim "PocketGPS_S1"

selbst:

Einige Minuten nach dem Einschalten erscheint unten in der Satellitenübersicht des PG-S1 in Gelb ein mit einer Nummer versehener Satellitenbalken. Wenig später ist der Logger so weit, dass ihm der gefundene GPS-Satellit Zeit und Datum mitgeteilt hat.

Zusätzlich empfängt der GPS-Modul vom Satelliten mit nur kleiner Übertragungsrate die Bahndaten sämtlicher Satelliten. Parallel dazu setzt der GPS-Modul das Suchen nach empfangbaren Satelliten fort, verbunden mit dem Einstellen seines HF-Empfängers auf den optimalen Empfang ihrer GPS-Signale (Satellitenbalken, gelb, tauchen auf und verschwinden auch wieder) sowie bald auch das Ermitteln der Entfernungen zu den empfangenen Satelliten und daraus grob der Position. Zusammen mit den Bahndaten ermöglicht diese dem Modul, die über dem Horizont befindlichen Satelliten und deren Azimut und Elevation zu errechnen sowie deren Nummern im Diagramm einzutragen, und ihm ist nun die präzise Ortsbestimmung möglich – mit drei verwertbaren Satelliten auf die Ebene beschränkt (allein geografische Länge und Breite, „2D-FIX“, betreffende Balken wechseln von gelb nach blau), mit vier und mehr Satelliten dreidimensional (einschließlich Höhe, „3D-FIX“, aus Blau wird Grün):

„mit drei“ oder „vier verwertbaren Satelliten“: Beim Erreichen des Fix, erkennbar am Erscheinen des „2D“-Symbols bzw. „3D“-Symbols, werden in der Satelliten-Ansicht bereits mehr als drei bzw. vier Satelliten angezeigt. Aber nicht für alle sind die Daten beim Fix bereits ausreichend nachgeglichen. So erfolgt deren Farbwechsel von Gelb nach Blau bzw. Grün mit Verzögerung gegenüber den für den Fix benötigten 3 oder4 Satelliten.

Im Loggermodus werden NMEA-Sequenzen gefixter Positionen in das Log-File geschrieben. Im Empfängermodus füllen sich im Ausgangssignal der USB-Buchse die Leerstellen in den NMEA-Sentenzen mit Daten.

Erneute Starts gehen häufig viel schneller vonstatten – immer dann wenn die gespeicherten Daten ausreichend aktuell sind, sodass das Einsammeln der Bahndaten entfällt -, im Fall (noch) gültiger AGPS-Daten (Stichwort EPO-Datei), guten Empfang vorausgesetzt, oft sogar sehr viel schneller: Bis zum 3D-Fix vergehen so bei freier Sicht einzelne Sekunden, bei Abschattung der Hälfte der Satelliten (Empfang direkt an einem Fenster) immer noch weniger als eine Minute.

Verweis

[gpsequip1996]  NAVSTAR GPS USER EQUIPMENT INTRODUCTION, PUBLIC RELEASE VERSION, U. S. Coast Guard Navigation Center, Juli 1996 – abgerufen Juli 2022

Klaus Dannowski – Klaus‘ GPS-Ecke
O1.12.2O11

"Course of the cold start of a GPS logger with the Storyish PocketGPS S1 (PG-S1) as an example"