Hallo, da ich mich derzeit grade intensiv mit dem Thema GPS auseinandersetze hab ich mich mal gefragt weshalb GPS Signale nicht stärker sein können/sind. Hier ein paar Fragen, die sich mir so aufgedrängt haben: Entwickelt wurde das ganze ja Ende der 70er...wie gut waren damals eigentlich ordentliche Verstärker und was haben die gekostet? Hätte das Militär möglicherweise absichtlich schwache Signale gewollt um die technische Hürde hoch zu halten - und nicht Interesse am Empfang in Gebäuden gehabt? Wieviel Watt hat man eigentlich auf sonem Sat. zur Verfügung? Ich geh mal von Solar-Versorgung aus? Wirkungsgrad Solarzellen ende der 70er? Wie viel Leistung braucht eigentlich eine Atomuhr? Wie groß ist eigentlich die Kreis-Fläche die von so einem Satellit auf der Erdoberfläche abgedeckt wird? Was dürfte so ein Satellit also an Sendeleistung haben? Bin mal auf eure Antworten gespannt! Gruß, Nikias
> Wirkungsgrad Solarzellen ende der 70er? Von den GPS Satelliten von damals ist keiner mehr in Betrieb http://www.kowoma.de/gps/Satelliten.htm
Also eine Atomuhr brauch eigentlich fast gar keine Leistung. Ich glaube die, die aktuell in den Satelliten verbau werden liegen so bei einem Watt. Die Solarzellen von heute bringen genug Leistung. Die Astra Satelliten senden z.B. mit 30W(Astra 3A)-140W(Astra 1KR). Eutel hat glaub ich sogar noch mehr Sendeleistung. Bei GPS wird längst nicht soviel benötig, da nicht so viele Daten (und auch nicht so schnell) übertragen werden. Hier kann die Leistung herabgesetzt werden und mehr auf das B*T geachtet werden (Bandbreiten-Zeitprodukt), nehme ich zumindest einfach mal an.
"Wie gut waren damals eigentlich ordentliche Verstärker und was haben die gekostet?" Also wir bewegen uns in der Zeit des Kalten Krieges, Wettrüsten zw. Nato und dem Warschauer Pakt - ich glaube nicht dass Geld der limitierende Faktor war, eher die Zeit. Die Qualität der Verstärker (v.a. im militär) schätze ich als sehr gut ein. Gruß Andreas
Verstärkertransistoren für 1,7 GHz Ende der 70er waren üblicherweise bipolar in Basisschaltung, mit Leistungsverstärkungen um 8 dB oder so. Max. Output ein paar Watt. Für mehr Leistung waren Röhren (TWT) nötig, die eine begrenzte Lebensdauer von wenigen Jahren haben.
die 1,7 hab ich mit Meteosat verwechselt, aber auf 1,2/1,5 GHz oder auch 2,3 GHz sah es genauso aus. Ich muß irgendwo noch solche BeO-gefüllten SD... von SGS/Thomson oder MSC rumliegen haben.
Ich meinte bezüglich der Verstärker eigentlich eher die Empfangsseite... Damals hatte sicher keiner daran gedacht, dass man irgendwann einen GPS Empfänger in der Größe einer Streichholzschachtel mit sich rumträgt! Daher hätte mich interessiert wie damals so ein Empfänger ausgesehen hat...der muss ja auch aufwändig gewesen sein, die Signale waren ja genauso schwach wie heute und das alles in einem IC zu machen war ja nicht möglich. Gruß, Nikias
Der Erste von Texas Instruments: http://www.photolib.noaa.gov/historic/c&gs/theb1541.htm Heutige Geräte sind kleiner als das Handbedienteil. Gruss Jadeclaw.
So furchtbar aufwendig war das nun auch wieder nicht. Immerhin war man damals froh, wenn man auf 300m Genauigkeit kam, nur die Militärcodes waren besser. Was übrigends mit der physikalischen Länge der gesendeten Datenbits zu tun hat. Die Militärcodes arbeiteten mit kürzeren Datenbits. Und das ganze Konzept war so ausgelegt, dass die Daten möglichst gut aufbereitet vom Satelliten kamen, so dass man nicht alllzuviel Rechnerei mehr im Empfänger hatte. Ein Bekannter von mir hat Anfang der 90er Empfänger selbstgebaut, die in eine Zigarrettenschachtel passten. Die Genauigkeit, die heutige Empfänger erreichen, waren damals überhaupt nicht vorgesehen, ebensowenig wie manche Methoden, mit denen die Empfänger heute arbeiten. Und Dinge wie Reflexionen etc,. waren schlicht nicht vorgesehen. Heute wird die Genauigkeit erreicht, indem man sich auf die Flanken der Datenbists synchronisiert, das war damals gar nicht vorstellbar. Deswegen hat der Militärcode heute übrigends auch fast keine Vorteile mehr. Gruss Axel
"Hätte das Militär möglicherweise absichtlich schwache Signale gewollt um die technische Hürde hoch zu halten" Nee, wie geschrieben, die Empfänger sollten sogar möglichst günstig sein. " - und nicht Interesse am Empfang in Gebäuden gehabt?" Davon haben die nicht mal geträumt. Es ging darum, für Schiffe und Flugzeuge eine zuverlässige Positionierung zu erreichen. Naja, und Cruise Missiles mit dem militärischen Code. Aber wenn die innerhalb von Gebäuden waren, war ja das Ziel erreicht :) Gruss Axel
Na die Leistung der Satelliten ist auch deshalb so niedrig, damit das Signal unterhalb des Rausch-Levels liegt. Ohne die Korrelations-Folge zu kennen ist es nicht möglich das Signal zu finden. Das gehört zum Schutz dazu
Die Sendeleistung der Satelliten wird im kW-Bereich liegen, immerhin wird die halbe Erdkugel mit diesen Signalen erfreut. Zumal die Atmosphäre das Signal auch noch dämpft. Die Dämpfung und die Ausbreitungseigenschaften sind auch noch Druck und Temperaturabhängig. Die Laufzeiteinflüsse sollten ursprünglich Aufgrund von Wetterdaten permanent korrigiert werden, hat man aber wieder verworfen, war zu komplex. Würde man die Sendeleistung wesentlich erhöhen, könnte es passieren, das ein Satellit am Horizont ein sehr starkes, aber dafür falsches Signal (verfälschte Laufzeit des Signals) liefert. Bernhard
> Die Sendeleistung der Satelliten wird im kW-Bereich liegen Laut http://www.kowoma.de/gps/Satelliten.htm (letzter Absatz) ist die Sendeleistung bei max. 50 Wat Weiss jemand, wie gross die Abstrahlleistung von Gallileo (Sonde die im Jupiter System arbeitete) war. Das waren sage und schreibe grade mal 20 Watt. Auf der Erde kamen davon noch 10E-20 Watt an. In einem NASA-Booklet heist es in diesem Abschnitt so schön: "Selbst wenn man die empfangene Leistung 15 Mrd. Jahre (das ist das Alter des Universums!) lang speichern würde, dann könnte man davon eine normale 40-Watt Lampe nicht mal eine Sekunde lang aufblitzen lassen."
"Die Sendeleistung der Satelliten wird im kW-Bereich liegen" Das ist schlichtweg falsch. Die Sendeleistung liegt im Watt-Bereich. Das hat auch nichts mit "halbe Erdkugel erfreuen" zu tun, denn die Satelliten sind 21 000 km weit draussen. Wo sollten denn die Kilowatts auch herkommen? Aus den Solarzellen vielleicht? Die Feldstärke des Satellitensignals liegt unter dem Rauschen und kann nur mittels Korrelation rausgerechnet werden.
"Wo sollten denn die Kilowatts auch herkommen? Aus den Solarzellen vielleicht?" Naja, "normale" Satelliten nicht, die haben ja eine groessere Anzahl an Transpondern - obwohl auch hier die "Gesamtleistung" oft mehrere Kilowatt betraegt... Aber mal als extremes Gegenbeispiel: Die Satelliten Rock und Roll von XM Satellite Radio (Geostationaer) haben 13.3 kw "Sendeleistung" (fuer Musik) und ein paar hundert Watt fuer andere Transponder! Man soll das Radio ja auch mit einer Mini-Antenne gut empfangen koennen... ...und neue Satelliten (Stichwort Internet/DVB-RCS/On-Board-Processing) werden mit 20 und mehr kW "Gesamtleistung" geplant (natuerlich verteilt auf jede Menge Spotbeams). Das kommt auch von Solarzellen ;-)
Der strom muss ja nicht immer aus solarzellen kommen. Es gibt Radioisotopengerneratoren, diese arbeiten mit verglastem plutoniumdioxid. Durch radioaktiven zerfall wird thermische energie frei die man mit hochleistungspeltierelementen nutzt. Ist eigentlich auch recht sicher wenn es erst mal in der umlaufbahn ist, da oben klauts ja keiner... Und leistung kommt da auch genug rum, je nach ausführung ein paar 100W für die nächsten 100jahre... Der Nachteil ist eben bei einem totalverlust beim start könnten der aktive kern freigelegt werden und troz keramischem material teilweise verdampfen was erhebliche mengen an strahlung freisetzen würde. Deshalb achtet man da auch schön auf das wetter wenn man so sachen wegschießt, Kourou ist ja auch nicht gänzlich unbewohnt... Das ist schonmal mit einem Navigationssatellit (1964) passiert aber die teile sind im meer verschwunden nachdem sie in der atmosphäre mehrere TBq an strahlung freigesetzt haben. Im pazifik dürften auch noch ein paar liegen von den russen... Gruß Torsten
Um die Watt - kWatt Disskussion und andere Aspekte mal bischen zu versachlichen: Die US Coast Guard http://www.navcen.uscg.gov/ betreibt eine offizielle Seite zu GPS und anderen Systemen. Dort findet man ein Interface Control Document (ICD200c genannt), wo alle relevanten Daten drinstehen, die man zum Bau eines GPS-Empfängers braucht: http://www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/icd200/default.htm > Was dürfte so ein Satellit also an Sendeleistung haben? Unter Punkt 6.3.1ff des ICD200 sind die Empfangsleistungen am Boden für die verschiedenen Signale und Frequenzen spezifiziert. Nun kann jeder rückwärts rechnen und kommt auf eine Sendeleistung am Satellit von rund 22 Watt pro Signal. GALILEO, das geplante europäische System soll signalkompatibel zu GPS sein, d.h., die Sendeleistungen werden, wenngleich andere Modulationsverfahren eingesetzt werden, in ähnlicher Größenordnung liegen. GLONASS, das russische System, hat ein ähnliches Interface Control Document, (http://www.glonass-center.ru/) Der Link http://www.glonass-center.ru/ICD02_e.pdf war vorhin zwar tot, aber Google hat das Dokument noch als HTML im Cache. > Hätte das Militär möglicherweise absichtlich schwache Signale > gewollt um die technische Hürde hoch zu halten - und nicht > Interesse am Empfang in Gebäuden gehabt? Die Signale sind quasi im Rauschen versteckt, damit sie nicht so einfach detektiert werden können -> Korrelationsempfänger notwendig. Die Positionsberechnung basiert auf einem räumlichen Vorwärtsschnitt. Dazu wird die Signallaufzeit vom Sat. zum Empfänger benutzt, die über die Ausbreitungsgeschwindigkeit unter Beachtung von Refraktionseinflüssen in eine Streckeninformation umgerechnet werden kann. Die Signallaufzeit ist entscheidend und da geht es um den direkten Signalweg zwischen Satellit und Empfänger. In Gebäuden ist eine GPS-Positionierung u.U. möglich, (Stichwort Assisted GPS, Indoor GPS), jedoch ist auf Grund der indirekten Signalwege eine Position mit sehr sehr großen Unsicherheiten behaftet. Es macht also keinen Sinn, Positionen im Gebäude messen zu wollen. Im Übrigen: Es werden vier Satelliten für die Positionsberechnung benötigt, drei für die unbekannten Empfänger-Koordinaten Länge, Breite, Höhe und einer für die unbekannte Zeitdifferenz zwischen Satellitenzeit (GPS-Zeit genannt und durch die onboard-Atomuhren realisiert) und der nicht so genauen GPS-Empfängeruhr (einfache Quarzuhr). GPS ist daher ein 4D-System, da alles in Bewegung ist und somit zeitabhängig! Hoffe, das sind erstmal genug Infos Ciao Thomas. (quix01 at gmx dot net)
"Die Signale sind quasi im Rauschen versteckt, damit sie nicht so einfach detektiert werden können" Nun, der Grund dafür ist nicht primär die Möglichkeit die Signale zu verstecken, sondern daß ansonsten die Satelliten nicht alle auf derselben Frequenz senden könnten. Dadurch, dass die alle auf derselben Frequenzen senden, werden die Empfänger deutlich einfacher, aber man braucht eine Möglichkeit, um die Satellitensignale im Empfänger wieder zu trennen. Das geht eben mit der Korrelation, bei der die Signale aber nicht so stark sein dürfen, dass ein Satellit die anderen überbrüllt. Gruss Axel
@Quix01: Das mit den 4 Satelliten stimmt so nicht. Für eine 2D - Position reichen schon 3 Satelliten aus. Um eine 3D - Positionsangabe zu erhalten benötigt man 4 Satelliten. JEDER Satellit sendet seine exakte Zeit und die Satelliten werden ständig abgeglichen. So ist es möglich, aus den Laufzeitdifferenzen die Entfernungen zu berechnen. Trotzdem reicht eine einfache Quarzuhr im Empfänger nicht aus, der Empfängertakt wird ständig an den Satellitentakt angeglichen.
Zur Bündelung der Antennen gibt es den interessanten Versuch, GPS in Amateurfunksatelliten mit stark elliptischer Umlaufbahn, oberhalb der GPS_Satelliten zu nutzen: ...es gelang erstmalig auch die Positionsbestimmung mittels GPS aus einer Bahn, die mit fast 60.000 km Apogäum deutlich über den GPS-Satelliten liegt. Eine Tatsache, die die NASA für künftige automatische Andockversuche von Satelliten nutzen möchte. ... http://www.amsat-dl.org/ http://www.amsat-dl.org/nach_dem_start.htm das sind haputsächlich Signale von Satelliten die hart an der Erde vorbei zu dem "gegenüber" fliegenden Amateursatelliten hinleuchten.
@Black Friday Im Gleichungssystem für die Absolutpositionierung stehen vier Unbekannte. Um das System lösen zu können, sind folglich vier Werte notwendig. Bei einer 2D-Position im Sinne von GPS wird die Höhe als bekannt vorausgesetzt und in das Gleichungssystem eingeführt. Dies funktioniert gut, wenn z.B. ein Boot auf dem Wasser fährt, da das Wasser eine Äquipotentialfläche mit H = const. bildet. Wenn also ein Empfänger frisch eingeschaltet wurde und keine alte Position und keine alten Ephemeriden im NVRAM liegen, ist eine Positionierung nicht möglich. Dies sieht man dann an sehr langen Initialisierungszeiten (time to first fix). Satelliten senden überhaupt keine Zeiten! Ledeglich die abgestrahlten PRN-Sequenzen sind mit der GPS-Zeit synchronisiert (Siehe ICD200, link weiter oben). Daraus läßt sich auf die GPS-Zeit rückschließen! Ein Empfänger muss also seinen Korrelator solange zeitlich schieben, bis die intern generierte Signalkopie mit der empfangenen übereinstimmt, und das für jeden Empfangskanal. Dann ist die Zeit-Differenz (ca. 0.07 sekunden) zwischen Sendezeitpunkt und Empfangszeitpunkt ermittelt. Zur Empfängeruhr: Es werden preiswerte Quarze verbaut. Das sieht man, wenn man sich Zeitreihen des Empfängeruhrfehlers anschaut. Damit die Messungen nicht aus dem Ruder laufen, werden vom Empfänger sog. Millisekundensprünge in die Empfängerzeit eingefügt, um die Empfängeruhr auf +/- 0.5 ms zur GPS-Zeit synchron zu halten. Dies ist notwendig, da der C/A-Code eine Mehrdeutigkeit von 300m hat und die Position absolut ja eindeutig berechenbar sein soll. Ciao Thomas.
Tippfehler: C/A-Code Mehrdeutigkeit 300km, ist ja grade die Millisekunde bei Lichtgeschwindigkeit :-) Ciao Thomas.
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