Ajattelin perustaa tällaisen differentiaaligps sivun, koska robottikilpailuissa voitaisiin käyttää tätä tekniikkaa hyväksi ensi kesän kilpailuissa.
Pekka OH3GDO
Yleistä
GPS:n tarkkuuteen vaikuttaa ilmankehän aiheuttamat ym. virheet. Karkeasti voidaan sanoa x ja y tarkkuuden olevan metrien luokkaa ja korkeus noin 10-17 m. Robottikilpailuissa pitäisi päästä alle metrin tarkkuuteen, mieluummin 10 cm virhealueelle.
| Lähde | virhe |
|---|---|
| Ionosfääri | 4m |
| Troposfääri | 2.1m |
| vastaaotin | 0.7m |
| monitie | 1.0 |
| Yhteensä | 10.m |
Korjaamalla liikkuvan GPS anturin lukemia kiinteän GPS anturin lukemilla, voidaan liikkuvan anturin tarkkuutta parantaa huomattavasti.
Maanmittauksessa päästään muutamaan senttiin, mutta kaupalliset laitteet ovat huomattavan kalliita. Niitä ei voida ajatella hankkia harrastusmielessä ainakaan ilman tukijoita
Tavoite
Tutkia Internetistä olevia menetelmiä ja GPS:n korjaustekniikoita.
Jos mahdollista, rakentaa oma GPS-diffentiaaliasema, joka lähettää kilpailujen aikana korjaustietoa kaikille sovitussa muodossa.
Korjaustietoa jokainen kilpailija voisi käyttää omalla tavallaan tai käyttää yhdistyksen vastaanottimen antamaa paikkatietoa omassa robotissaan.
Jos DGPS tuntuu liian hankalalta voidaan kehitellä oma ultraääni tms. aikamittauksiin perustuva paikannusjärjestelmä.
Radioamatöörit käyttävät sähköisesti pyöritettävää neljän antennin ryhmää lähettimien paikannukseen. Lentokentillä näkyy samanlaisia antenniryhmiä.
Vaihe 1. tiedon hankinta
Kun tiedon hakijoita on enemmän kuin yksi tehtävä voi onnistua
Vaihe 2 Lähettimen ja vastaanottimen rakentaminen, ohjelmoiminen ja testaus.
Vaihe 3 Käyttö 2010 kilpailussa Jämillä.
tilanne 28.7.2009
Tietoa on paljon saatavilla, mutta yksityiskohtaista tietoa en ole onnistunut löytämään.
Linkissä [2] puhutaan DGPS over Internet. IP= 224.0.1.235 portti 2101. Paikka on Kalifornia, joten se ei ihan sovi meille.
DGPS antaa tietoa keskimäärin 284 bits/sec.
Paketti on 35 tavua kerran sekunnissa ja 40 byteä IP headeri.
Tämä UDP toimii :
ja dataa tulee
Mutta mitä tämä tarkoittaa?
+ GSP message ID=28
Tämä GPS sanomarivi näyttää antavan tietoja satelliiteista [5]
Channel:3
Time Tag (ms):0
Sattelite ID:14
GPS Software Time (s):2.317817e+004
Pseudorange (m):2.377074e+007
Carrier Frequency (m/s):1.827611e+004
Carrier Phase (m):0.000000e+000
Time in Track (ms):30000
Sync Flags:45
C/No 1 (dB-Hz):22
C/No 2 (dB-Hz):22
C/No 3 (dB-Hz):22
C/No 4 (dB-Hz):22
C/No 5 (dB-Hz):22
C/No 6 (dB-Hz):22
C/No 7 (dB-Hz):22
C/No 8 (dB-Hz):22
C/No 9 (dB-Hz):22
C/No 10 (dB-Hz):21
Delta Range Interval (ms):0
Mean Delta Range Time (ms):0
Extrapolation Time (ms):0
Phase Error Count:50
Low Power Count:0
Korjaussanoman dataformaatti (RTCM 3.0) löytyy Belgiasta [6]
RTCM2.X (X=1, 2, 3)
Message type Content
3 (X,Y,Z) coordinates of antenna phase center, cm-precision
18 Code data
19 Carrier phase data
22 (dX, dY, dZ) corrections to message 3 coordinates to achieve mmprecision
for L1 and L2 antenna phase center + height of antenna
phase center above marker
23 Antenna and radome type definition
24 (X,Y,Z) coordinates of the antenna reference point
RTCM 3.0
Message type Content
1003 GPS code and carrier phase observations
1004 GPS code and carrier phase observations + code noise ratio
1005 (X,Y,Z) coordinates of the antenna reference point
1006 (X,Y,Z) coordinates of the antenna reference point + height of
antenna reference point above marker
1007 Antenna and radome type definition
1008 Antenna and radome type definition + Antenna serial number
1011 GLONASS code and carrier phase observations + code noise ratio
1012 GLONASS code and carrier phase observations
Allstar on RTCM 104 DGPS korjauksee kykenevä DGPS referenssi asema
[7]
Merenkulkulaitoksen Mäntyluodon asema lähettää 287.5kHz taajuudella 100bitiä/sekunnissa DGPS signaalia.
Peitto 250km ( merelle?) .
[9]
Joensuun Yliopistolla on samanlainen palvelu?
Selvitys Suomen Radionavigointiselvitys 2002 [10]
[11] Mittauksia ja matematiikka DPGP David L. Wilson's DGPS sivulla
USA [1] rannikkovartiosto lähettää matalataajuista korjaustietoa laivoille. Suomessa oli tai on samanlainen järjestelmä ULA-asemilla. Luultavasti 57KHz SCA-apukantoaallolla ? .
[3] Pelkkä GPS tieto ei riitä korjaukseen, pitää tietää mistä satelliitista tieto tulee ja samoin korjauspaikalla pitää tietää satelliitti.
[4] Mittauksia GPS tarkkuuksista
Lentokentillä on LAAS-järjestelmä (Local Area Augmentation System). Kuka tuntee tämän?
DiffrentiaaliGSP:stä Tekniikka listalta kerättyä tietoa
Paikkaratkaisun osana on:
- painotetut pseudorange-mittaukset (hajotuskoodien vaihesuhteista)
- painotetut Doppler-mittaukset (kantoaalloista, joista hajotuskoodi on poistettu, termi "code wipe-off")
- vanha paikka
- vanha liiketila
Painokertoimet riippuvat satelliittisignaalien voimakkuuksista (puut, antennin suuntakuvio & antennin asento) sekä erilaisesta heuristiikasta, jolla yritetään arvioida satelliittikohtaisesti monitie-etenemisen voimakkuutta.
Range-mittaukset, Doppler-mittaukset, vanha paikka ja vanha liiketila yhdistetään useimmiten yhdistelmänä Kalman-suotimesta ja painotetusta least squares ratkaisusta.
Kalman-suodin muistuttaa differentiaaliyhtälön numeerista ratkaisua; siellä on tilamuuttujat paikalle ja nopeudelle ja niitä päivitetään painotetuilla mittauksilla.
Todennäköisyys, että kahden eri puolilla kaupunkia olevan GPS-paikantimen kaikki satelliittikohtaiset painokertoimet olisivat tasan samat, on käytännössä nolla. Siksi myös range-kohtaisten virheiden kuvautuminen paikkaratkaisun virheiksi on (useimmiten täysin) erilainen. Paikkaratkaisujen virheet ovat käytännössä riippumattomia - vertailusta ei ole mitään apua.
Sinun ja kymmenentuhannen muun keksimä "Poor Man's DGPS" ei yksinkertaisesti toimi. Minäkin olen keksinyt saman idean joskus vuonna 1995 ;-) Nykyään tiedän, miten GPS-paikannus toimii.
Oikeassa DGPS:ssä siirretään satelliittikohtaiset koodivaiheen virheen estimaatit referenssiasemalta "roverille". Senttimetri- tai millimetritarkkuuteen pääsevä RTK-GPS eli real-time kinematic GPS laskee vielä suhteelliset kantoaaltovaihemuljahdukset referenssin ja roverin välillä. Ratkaisu on numeerisesti ikävä, koska ilmassa on alunperin tuntematon määrä kokonaisia kantoaaltojaksoja (integer ambiguity). Siksi vaihemuljahduksia on seurattava jonkin aikaa ja ratkaisun konvergoituminen kestää. RTK-GPS:ssä vaikeinta ei kuitenkaan ole paikkaratkaisun laskeminen vaan sen päättely onko saatu ratkaisu todennäköisesti oikea vai metsässä. Aiheesta löytyy satoja tieteellisiä artikkeleita.
Poor Man's DGPS:än toimimattomuuteen pettyneille pari lohdutuksen sanaa:
DGPS on nykyään turha. Hihasta ravistaen se parantaa paikannustarkkuutta metrin… kaksi.
Pohjanmaalla tarkkuus GPS:llä on 3…4 metriä ja DGPS:llä 2…3 metriä.
Mannerheimintiellä tarkkuus GPS:llä on 5…15 metriä ja DGPS:llä 4….14 m (hieman karrikoiden)
Ei maksa vaivaa!
RTK on toinen juttu! Sillä päästään aallonpituuden osien tarkkuuteen. Aallonpituus L1-signaalilla on noin 20 senttimetriä.
RTK:n ei-reaaliaikainen versio kulkee yleensä pelkällä "post-processing" -nimellä. Siinä sekä liikkuvalla asemalla että referenssiasemalla täytyy kerätä mahdollisimman pitkiä katkeamattomia ketjuja pseudorange- ja kantoaaltovaihemittauksia. Laskenta tehdään sitten jälkeenpäin periaatteessa samalla algoritmilla kuin reaaliaikaissa versiossa.
Entä laser skannerit
?
Nämä ovat edullisia vain muutama tuhat euroa! R283-HOKUYO on edullisin 2300 USD.
(RS-232) ja USB 240 astetta ja ~.36 asteen erottelukyky, 10Hz. mittaus 20mm —> 4 m poweri 500mA 5V.
Alla kuva simulointi ohjelmasta
[1] http://www.navcen.uscg.gov/
[2] http://www.wsrcc.com/wolfgang/gps/dgps-ip.html
[3] http://gpsinformation.net/main/poordgps.htm
[4] http://users.erols.com/dlwilson/gps.htm
[5] http://www.gpspassion.com/forumsen/topic.asp?TOPIC_ID=28503
[6] http://www.gps.oma.be/gb/ksbnwk_gb_ok_css.htm
[7] http://www.google.fi/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=7&url=http%3A%2F%2Fwww.forsbergservices.co.uk%2FFiles%2FTechnical_papers%2FThe%2520most%2520versatile%2520engine%2520on%2520the%2520market%2520(ION%252097).pdf&ei=EPGCSuDNBor-mwPWxfTuCw&usg=AFQjCNEWKPFjMHC1FlDkLX11G9vYvR0WmA&sig2=06dLSMGvwvAYJ3TmdDtTpw
[8] http://www.precision-gps.org/Kinematic-src-20070210.zip
[9] http://portal.fma.fi/sivu/www/fma_fi/merenkulun_palvelut/liikenteen_ohjaus/radionavigointi/dgps_asemat
[10] http://www.google.fi/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=1&ved=0CAcQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.mintc.fi%2Ffileserver%2F27_2002.pdf&ei=tIPUSpO-IoeM_Aafme3ZAg&usg=AFQjCNGeqYly0BFhzozmktP4BhpG1fKLNQ&sig2=EOOluIhNEhAwgrX_TO9XFw
[11] Suomalainen ( enganniksi) GSP käsittelevä artikkeli http://www.students.tut.fi/~wirola/PDF/IEEEION_PLANS2008.pdf
[11] David L. Wilson's GPS Accuracy Web Page http://users.erols.com/dlwilson/gps.htm
