Sandhed med modifikationer...

Helt så simpelt er det ikke.

Under de indledende faser af signal-jagten skal et temmelig stort søgerum checkes og derfor gøres det hurtigt. I områder hvor signalet i forvejen er ringe, f.eks byer hvor der er mange reflektioner, kan opgaven besværliggøres hvis modtageren hele tiden accellereres.

Det er præcis hvad den gør hvis man holder den i hånden mens man går afsted, fordi vi alle per refleks (og mekanik) svinger med armene når vi går og fordi selv hvis vi prøver at holde hånden stille, gør vi det i forhold til vores øjne, der bevæger sig op og ned i takt med skridtene.

Men når først doppler frekvensen for en given GPS sattelit er fundet og låst fast, burde ingen gps modtager tabe signalet igen, før accellerationen når op på det maksimale DoD tillader.

Doppler hastigheder i GPS signalet

For de fleste satellitters vedkommende så er signalvejen IKKE vinkelret på modtagerens hastighedsvektor. Iøvrigt så må det dominerende bidrag til Doppler effekten komme fra satellittens hastighedsvektor.

Men alt i alt så er konklusionen den samme: at systemet er meget robust overfor hastighed og acceleration - også når bevægelsen slår igennem på Doppler frekvensen i signalet. Selv min billige Garmin modtager kunne uden problemer låse på satelliterne under en rute flyvning i 10km højde.

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Spørgsmålet mener jeg ikke er besvaret. Det drejede sig om stilstand forbedrer synkroniseringen.
Det mener jeg selv, for selve synkroniseringen er ret besværlig og kan tage lang tid ved dårligt s/n forhold og ukendt sted.
Det er faktisk imponerende at det kan lade sig gøre, det svarer næsten til at hive sig selv op ved håret. Det er nærmest ren støj der modtages indtil de rette koder og timinger er fundet. Først når koderne og tiderne er fundet bliver s/n større end 1.
Mobiltelefoner med GPS bruger ofte "assisted GPS", hvor telefonen via netværket får forbedrede startbetingelser og hurtigere "time to first fix".

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Men alt i alt så er konklusionen den samme: at systemet er meget robust overfor hastighed og acceleration [...]

Ja, når modtageren *har* låst sig fast på signalet fra mindst 3 satelitter, indtil da: Ikke så robust for acceleration.

Dårligt signal

Hvis der er dårligt signal der hvor du tænder gps'en, så bevæg dig fri af det der skygger, og få hurtigere bestemt din position.

Løbeur

Jeg har et Garmin 305 løbeur med GPS indbygget og jeg ved at under opstart, kan det tage lang tid at finde signal, hvis jeg starter med at løbe INDEN der er signal, hvorimod at hvis det ligger stille først er signalet hurtigere brugbart.

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Ja, når modtageren *har* låst sig fast på signalet fra mindst 3 satelitter, indtil da: Ikke så robust for acceleration.

Er det ikke mindst fire satellitter der skal til?

Bent.

Re: Løbeur

Enig! Jeg har også et. Selv lette hop på stedet forlænger søgetiden.

Derefter klarer den sig fint og kommer sig hurtigt efter signaludfald. f.eks. hvis man løber gennem en viadukt eller under en betonbro.

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Det er nærmest ren støj der modtages indtil de rette koder og timinger er fundet.

Mjah, det er både rigtig og forkert. Koderne er jo kendte, og i moderne GPS modtagere er der faktisk kanaler nok til at man kan lytte på alle koder samtidig. Det er den primære grund til at positionsfix går ret hurtigt nu om dage.

Timingen er en anden sag, og man kan ikke andet end at krumme tæer lidt når man kan købe "10hz update rate" GPS modtagere. Sagen er jo den at signalet kun bliver sendt 2 gange i minuttet, resten kan af gode grunde ikke være andet end noget dead reckoning der sidder i chippen.

Det betyder også at hver gang man "misser" at fange et fix i opstarten betyder 30 sekunders ventetid for næste forsøg.

Erfaring med løbeur/Navigator

Jeg har nøjagtig samme problem med min Garmin 305 .. Løber man førend den har fået fix, skal man være heldig overhovedet at få noget. Men det skyldes jo nok også at det i bund og grund er et dårligt GPS-løbeur, som iøvrigt også mister forbindelsen når man løber i skoven.
Min Navigon navigator til bilen har dog også samme problem, når den starter med en kold-start. Her kan det let gå 15-20 minutter før den har fix.

Men mon ikke det problem efterhånden er løst med de nye chipset med øget følsomhed, som virker fint indendørs, så længe der blot reflekteres "lidt signal" ind ... :-)

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Er det ikke mindst fire satellitter der skal til?

Bent.

3 kan gøre det hvis du går ud fra at du befinder dig på jordens overflade :)

Hvis du forestiller dig en kugle om hver satelit med satelitten i centrum og din position tangerer med overfladen, så vil 2 kugler (oftest) skære i en cirkelform, og 3 kugler vil skære som 2 punkter, et er i rummet, et andet på jordens overflade. 4 kugler vil således skære i et enkelt punkt.

(det forudsætter naturligvis at der er tilstrækkelig vinkel mellem satelitterne set fra modtageren, men det beskriver meget godt det overordnede princip)

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Timingen er en anden sag, og man kan ikke andet end at krumme tæer lidt når man kan købe "10hz update rate" GPS modtagere. Sagen er jo den at signalet kun bliver sendt 2 gange i minuttet, resten kan af gode grunde ikke være andet end noget dead reckoning der sidder i chippen.

Du forveksler "navigation message" med "navigation solution".

"Navigation message" er data indholdet i GPS signalet og det indeholder, blandt meget andet, n-4 af de variabler der skal bruges til at regne ud hvor modtageren befinder sig.

"Navigation solution" er modtagerens udregning af de fire ligninger (X+Y+Z+T) der angiver din position og den kan du princippet udfører så tit du har lyst, men i praksis er der ikke megen nytte af at gøre det hurtigere end ca. 1kHz.

Forskellen på en 1 og en 10 Hz update modtager er hvor ofte korrelatorene i radiomodtageren aflæses og ligningerne opdateres med de nye målinger og 10Hz er helt trivielt at lave.

Variablerne fra "navigation message" opdateres i navigation solution, når de foreligger. Langt de meste af tiden forandrer de sig overhovedet ikke og det meste af indholdet bliver kun udsendt og anvendt til at finde andre satellitter, når du har fundet den første.

Jo oftere man vil have en brugbar navigation solution, jo bedre antenneforhold skal man naturligvis have, da signal/støjforholdet fra korrellatorene afhænger af integrationstiden.

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Hvis du forestiller dig en kugle om hver satelit med satelitten i centrum og din position tangerer med overfladen, så vil 2 kugler (oftest) skære i en cirkelform, og 3 kugler vil skære som 2 punkter, et er i rummet, et andet på jordens overflade. 4 kugler vil således skære i et enkelt punkt.

Bortset fra at det ikke er det der sker.

Vi kender ikke afstanden til satelitterne, men forskellen i afstand til dem.

Hvis du tegner den flade som har konstant forskel i afstand imellem to punkter (dig og en satellit) får du en omdrejningshyperbel.

Tre af disse giver dig din position i rummet.

Men på fordi GPS netop virker ved at måle tidsforskelle, er du nødt til at bestemme tiden, før du kan bestemme tidsforskellene.

Derfor har du brug for en fjerde sattelit: Fire målinger, fire ligninger, fire ubekendte.

Men for at vende tilbage til spørgsmålet

så er min erfaring at man hurtigere får "låst" til det minimale antal satelitter ved først at give modtageren ro, så den kontinuerligt kan se de sattelitte r den prøver at fange.

Hvis men derimod bevæger sig rundt og ind og ud af skygger kan det straks blive mere bøvlet

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Du forveksler "navigation message" med "navigation solution".

Nej, men det var måske ikke tydeligt nok hvad jeg mente, den første frame i navigation messagen er tidsstemplet, der kan ikke laves et fix før det kommer ned, og herefter kan der (og bliver der sikkert også) rettet ved at måle faseændringen i signalet.

Bortset fra at det ikke er det der sker.

Det er rigtigt at jeg så bort fra tidsudmålingen, men derfor er det nu alligevel det der sker. Som du skriver virker GPS netop ved at måle tidsforskelle, og da signalets udbredelseshastighed er kendt, kan vi afstandsmåle ud fra en tidsmåling.

I bund og grund er vi enige, jeg synes bare at kugle-forklaringen er mere pædagogisk.

Ved at "skrue" på tiden i modtageren ændrer vi derved den udregnede afstand (kuglernes radius), når der er findes en enkelt skæring har vi de fire ligninger med fire ubekendte, men efter fix kan vi sagtens klare os med 3 satelitter indtil modtagerens ur begynder at skeje for meget ud - når vi forventer at vi befinder os i det skæringspunkt der ligger tættest det punkt vi fik fix i.

Decca

Man bør ikke flytte et skib med slukket Decca-modtager!

Da jeg for mange år siden skulle dykke på vrag ved Læsø, fik skipper besked om at forhale til en anden plads i havnen. Næste dag kunne vi ikke finde vraget, og først da vi var hjemme igen, kom vi i tanke om aftenens forhaling.

Ja livet er blevet meget lettere med GPS. Osse mht. vægten af modtageren!

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Den første frame i navigation messagen er tidsstemplet, der kan ikke laves et fix før det kommer ned,

Korrekt, men når du så har modtaget det felt første gang, har du ikke brug for det mere: Du kan bare tælle carrier/PRNG/bits i det modtagne signal for at opdatere dit lokale ur.

Og derfor kan du udregne en ny position hver gang dit ur er vandret et trin frem, med de begrænsninger jeg nævnte ovenfor.

Men det er præcis det der er pointen i spørgsmålet: Forskellen på modtagerens opførsel før den opnår signallås (følsom overfor acceleration) og efter den har fase-låst modtageren (kast rundt med den som du har lyst.)

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

I bund og grund er vi enige, jeg synes bare at kugle-forklaringen er mere pædagogisk.

Hvis du husker at sige at kuglerne har forskellig radius og at man skal prøve sig frem med forskellige kombinationer af radii indtil man finder en løsning synes jeg ikke der er noget pædagogisk over forklaringen, tværtimod...

Re: Erfaring med løbeur/Navigator

... Men det skyldes jo nok også at det i bund og grund er et dårligt GPS-løbeur, som iøvrigt også mister forbindelsen når man løber i skoven...

Det har jeg nu aldrig oplevet. Jeg bruger regelmæssigt mit til orienteringsløb. Uden problemer.

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Hvis du husker at sige at kuglerne har forskellig radius og at man skal prøve sig frem med forskellige kombinationer af radii indtil man finder en løsning synes jeg ikke der er noget pædagogisk over forklaringen, tværtimod...

Hvilken rolle spiller Doppler forskydningen i øvrigt overhovedet? - Kuglernes radii afhænger jo af lyshastigheden og afstanden, og ikke af frekvensen. :-)

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Hvilken rolle spiller Doppler forskydningen i øvrigt overhovedet? -

Den forskyder bærefrekvensen du skal modtage satelliten på, så du er nødt til at kende den for at kunne demodulere signalet korrekt

Doppler

har næppe noget med det at gøre. Men gps´en skal finde en forbindelse til mindst 4 satellitter og forbindelsen skal vare mindst 30 sekunder.

Bevæger man sig rundt, mister man måske forbindelsen til satellitten inden for de 30 sekunder og arbejder gps´en ikke på andre satellitter, f.eks. fordi der ikke er forbindelse til dem, så tager det længere tid at få forbindelse.

På den anden side hjælper det heller ikke at stå stille på et sted hvor der ikke er mindst 4 satellitforbindelser.

GPS´en kan først fortælle i hvilken retning man peger, når man begynder at gå i den retning.

Re: Doppler

har næppe noget med det at gøre.

Ok, tykkere pap, frisk blad i kniven:

Hvis du starter en helt kold GPS modtager der ikke har nogen som helst informationer, skal den søge efter et signal igennem et rum der har dimensionerne "SVN-id" (Hvilken PRNG kode der bruges), Carrier-dopplerskift (satelittens hastighed i forhold til antennen) og "navigation message" (de data bits der sendes).

Her er dopplerskiftet faktisk det der gør opgaven størst, idet den varierer lineært en håndfuld kilohertz til begge sider.

Fordi søgerummet er så stort, søges der hurtigt, i håb om at ramme en af de forhåbentlig mange satellitter der er synlige hurtigst muligt.

Det er den fase spørgsmålet taler om.

Når du kender doppler-frekvensen på den første satellit, ved du også ca. hvilken højde den har over horizonten og det tillader dig at udelukke satellitter der rent fysisk ikke kan være synlige samtidig med den du allerede har fanget. Denne optimering er dog stort set betydningsløs idag, hvor GPS modtagere har rigeligt med kanaler.

I det øjeblik du har låst signalet for satellit nummer to, kan du fastslå den hyperbel hvorpå du nødvendigvis må befinde sig og her er der mange modtagere der antager at du nok ca. er på WGS84 geoidens overflade og bruger de to doppler frekvenser til at finde hvilken af de to skæringspunkter der er det mest sandynlige.

Dette er hvad et såkaldt "2D" fix i værste fald går ud på og det kan sagtens være flere kilometer forkert.

Herefter kan modtageren estimere hvad doppler vil være for de andre satellitter (hvis den har modtaget nok af Almanac/Ephemeris til at vide hvor de er) og derefter går det slag i slag med at zoome ind på resten af de satellitter der bør kunne modtages.

Så jo, doppler-skiftet er utroligt centralt for GPS modtagere og grunden til at man oprindeligt havde planlagt at der også skulle være geostationære GPS satelitter: De ville være meget hurtigere at finde signalet for uden doppler forskydning.

Praktisk erfaring

med min Garmin Nüvi i bilen: Tænder jeg med stillestående bil: Finder position på ca. ½ minut. Tænder under kørsel: Kan tage over 5 minutter.

Planlagt "forhaling"

det ville være en smart feature, hvis man kunne lave en planlagt forhaling af sin GPS modtager.

Tager man f.eks. et fly til en fjern lufthavn og her lejer en bil, kunne det være rigtig smart om man kunne fodre GPS modtageren med ens ca. position ved ankomst.

Man kunne jo allerede angive den før afrejse, da lufthavnen næppe flytter sig nævneværdigt unde turen .-)

Altså et sæt prædefinerede koldstarts positioner vil være handy i mange situationer.

svar på spg

Hej

Sikke mange svar og ikke mindst teknisk om dopplerskift, carrier, SNR, kuglens radius osv. Sådan er det med os ingeniøre, vi elsker at være pragmatisk, analytisk og levere tekniske svar.

Jeg har også med mit Garmin løbe ur kunne konstatere at positions fix tager væsentlig længere tid om man bevæger sig end hvis man står stille, dog hvis uret ligger ved bilruden mens jeg kører går det nogenlunde hurtigt.

Til Mikkel! Her er min teori:
Jeg tror simpelhen at det hænger sammen med at hvis det sidder på armen mens man løber så bevæger antenne sig frem og tilbage (3 dimensionelle retninger) og dermed så skifter GPS mellem at se forskellige sattelitter, hvorved et fix er svært at få.
Men hvis jeg kører bil så bevæger uret sig ikke på samme måde (mere en 1 dimensionel bevægelse) og derfor ser GPS'en de samme satelitter under fixet.

Jeg kender ikke så meget til GPS antennen i et Garmin uret, men jeg går udfra at de har et udstrålings diagram med et relative høj main beam altså langt fra en Isotropisk udstråling, hvilket gør dem relativ følsom for bevægelser i 3 dimensionelle retninger.

Derimod hvis antennen have været en Isotropisk antenne så vil jeg antage om man løb eller gik eller står stille ville være lige fedt mht til fix tid.

Re: Planlagt "forhaling"

Tager man f.eks. et fly til en fjern lufthavn og her lejer en bil, kunne det være rigtig smart om man kunne fodre GPS modtageren med ens ca. position ved ankomst.

De fleste håndholdte GPS'er har faktisk en mulighed for at vælge land/provins ved koldstart.

GPS i mobiltelefoner gør det selv, når de har fået en landekode fra et mobilsignal.

Re: svar på spg

Til Mikkel! Her er min teori:

Istedet for private teoridannelse, kunne du også vælge at lytte til folk der faktisk ved noget om det, se diverse indlæg ovenfor.

Re: Doppler hastigheder i GPS signalet

Hvis du husker at sige at kuglerne har forskellig radius og at man skal prøve sig frem med forskellige kombinationer af radii indtil man finder en løsning synes jeg ikke der er noget pædagogisk over forklaringen, tværtimod...

Ja selvfølgelig, kuglernes (eller sfærens om man vil) radius er ikke ens, men justeres jo netop ved at skrue på den lokale tid når vi vil lave vores fix (vi måler tidsforskellen), og her er ændringen ens!

Altså kan man justere eller "prøve sig frem" på den lokale tid indtil kuglernes overflade kun skærer i eet punkt, og så har man sin løsning.

Det er simpelt i mit hoved, men der er ingen garantier for at mit hoved er skruet på som alle andres ;)

Korrekt, men når du så har modtaget det felt første gang, har du ikke brug for det mere: Du kan bare tælle carrier/PRNG/bits i det modtagne signal for at opdatere dit lokale ur.

jeps, og herefter kan du fint klare dig med at se 3 satelitter.

Men det er præcis det der er pointen i spørgsmålet: Forskellen på modtagerens opførsel før den opnår signallås (følsom overfor acceleration) og efter den har fase-låst modtageren (kast rundt med den som du har lyst.)

Helt enig! Fordi uret er synkroniseret, kan vi nemlig også få et nyt fix med det samme selvom vi taber signal til 3 af 4 satelitter og samler nogle nye op. Det gør systemet ret robust når først der er fix.

Geostationære GPS (VAR: Re: Doppler)

Jeg det er lidt sent at hive dette indlæg frem. Men da PHK nævnte geostationære GPS satelliter, tænkte jeg på at dette allerede var i drift. Godt nok ikke som en sammenhæng med GPS men drevet af andre organisationer.

http://en.wikipedia.org/wiki/E...vice

Jeg har da stødt på en håndholdt GPS der kunne modtage dette signal, men jeg fik den aldrig til det, da signalet nok er lavt i horisonten (i DK) og svagt.

Moving lengthen the time to acquire fix

The specified lockup times mentioned in the text above assume the unit is stationary during the initialization. Moving during initialization seems to lengthen the time it takes to acquire a fix. The exact reason is unknown but I believe it has multiple causes. Certainly any momentary disruption of the signal such as tree cover or an overpass will cause the unit to have to regather the data it was currently obtaining. I also believe it is related to the fact that the unit must do an iterative solution using the Kalman filter as part of its initialization step and changing one of the Kalman filter inputs lengthens the convergence time for the solution.