Wie wird die Geschwindigkeit gemessen?

Wer kann mir sagen, wie die Geschwindigkeiten bestimmt werden? Es ist sicher ein Genauigkeitsunterschied, wenn das Gerät zuerst 2 A und B Positionen bestimmt (was ja mit einem bestimmten Fehler behaftet ist), und dann mittels der verstrichenen Zeit die Geschwindigkeit errechnet, die von A nach B erreicht wurde. Alternativ dazu könnte ja die Laufzeitinformationen der Sateliten direkt zur Berechnung harangezogen werden, oder?
Wäre sehr dankbar für eine ANtwort (und eine sachliche Diskussion...)
Bis später

Hi,

es ist möglich die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung durch Messung des Doppler-Effekts zu messen. Dazu müssten schon 2 Satelliten ausreichen.

SM

Danke für den Tipp... nur, wird das in den Geräten auch umgesetzt? (Ich habe ein GARMIN emap.) Zweite Frage: welche Ganuigkeit kann erreicht werden? Vor allem in Bezug auf die Weg-/ zeitmessung über 2 Koordinaten.

Ja, der Dopplereffekt wird immer zur Messung der relativen Geschwindigkeit zwischen Sat und Empfänger eingesetzt. Das ist ein uraltes (seit 1960!) und übliches Verfahren.

Ob Doppler auch zur Positionierung eingesetzt wird, ist mir nicht bekannt. Magellan macht jedoch Werbung damit, auch mit zwei Sats noch positionieren zu können. Das geht nur, wenn von einer (z.B. mit 4 Sats) ermittelten Position mit Hilfe des Dopplereffekts zu 2 Satelliten ein Geschwindigkeitsvektor für den Empfänger gerechnet wird, mit dessen Hilfe eine Position geschätzt wird.

Eine solche Positionierung unterliegt aber einer starken Drift und ist immer mit Vorsicht zu genießen. Wenn ich aber mein Vista z.B. auf dem Rad im Wald beobachte, scheint es dort ähnliche Verfahren zu geben. Die beobachtete Drift liegt bei bis zu 120m(!).

Zur Genauigkeit:

Bei einigermaßen gleichmäßiger Bewegung (Fahrrad, Auto...) ist die Momentangeschwindigkeit sehr genau.

Zu Fuß solltest Du diesen Werten mißtrauen, da zu viele zusätzliche Beschleunigungen (auf und ab beim Gehen etc.) vorhanden sind.

Durchschnittsgeschwindigkeiten sind wiederum recht gut, denn die Positionierung ist ok und die Zeitmessungen sind Dank der GPS-Atomuhren für solche Zwecke als fehlerfrei anzusehen. Dazu muß die Strecke aber so groß sein, daß der normale Fehler des GPS (10-15m) nicht ins Gewicht fällt.

Die Gesamtstrecken sollte man sich immer erst graphisch ausgeben lassen, ehe man diesen Werten trauen darf. Vielleicht entdeckst Du je auch Teilstrecken, die stark abgedriftet sind und manuell nachbearbeitet werden müssen.

Die angegebene Vmax ist eigentlich immer für die Hose, Das Durchfahren eines Schlaglochs kann eine Verfälschung von locker 10% bedeuten.

Man weiß meist aber nicht, ob die ausgegebenen Geschwindigkeiten ebene Geschwindigkeiten (im Bezug zum eingestellten Koordinatensystem z.B. UTM) sind oder ob sie in erdfesten XYZ-Koordinaten gerechnet werden. Dann wären auch 'schräge' Geschwindigkeiten möglich. Wenn man so genau sein möchte bleibt einem nichts anderes übrig, als sich die NMEA-Daten ausgeben zu lassen und selbst zu rechnen. Dazu ist aber eine gehörige Portion Programmiererfahrung nötig. Derartige Messungen hattest Du aber doch nicht im Sinn, oder?

SM

Ich danke dir!!!

Hallo, hier muß ich mal kommentieren:

'Ja, der Dopplereffekt wird immer zur Messung der relativen Geschwindigkeit zwischen Sat und Empfänger eingesetzt. Das ist ein uraltes (seit 1960!) und übliches Verfahren.'

Mag sein, nicht jedoch beim GPS. Hier wird die jetzige mit der vorigen Position verglichen und deren Abweichung pro Zeiteinheit (=Geschwindigkeit) angezeigt. Würde der Dopplereffekt genutzt müßte ein GPS Änderungen der Wellenlänge messen können.

Zitat http://kanadier.gps-info.de/d-gpsundkanu2....ngsmerkmale_und

: © Ralf Schönfeld
"Angabe der Geschwindigkeit über Grund (SPEED, SPD) bis weit über 1000 km/h und wahlweise zusätzlich Durchschnittsgeschwindigkeit (AVSPD) und erreichte Maximalgeschwindigkeit (MXSPD).
Anmerkung:
Durch die sich ständig verändernde SA wird meist eine geringe Geschwindigkeit angezeigt, auch wenn man nur ruhig auf der Stelle steht.
Mit dem Abschalten der SA (am 02.05.00) tritt dies bei gutem Satellitenempfang jedoch nicht mehr auf.
Da GPS wie schon erwähnt auf die Berechnung von Zeitinformationen beruht, sind die Geschwindigkeitsangaben allgemein sehr präzise.
Es wird allerdings nur die horizontale Geschwindigkeit ausgewertet. Die vertikale Geschwindigkeit kann nur von einigen wenigen Geräten zusätzlich angezeigt werden (z.B. eTrex Summit und Vista, Avionik-Modelle (z.B. GPS III Pilot))."

'Ob Doppler auch zur Positionierung eingesetzt wird, ist mir nicht bekannt. Magellan macht jedoch Werbung damit, auch mit zwei Sats noch positionieren zu können.
Das geht nur, wenn von einer (z.B. mit 4 Sats) ermittelten Position mit Hilfe des Dopplereffekts zu 2 Satelliten ein Geschwindigkeitsvektor für den Empfänger gerechnet wird, mit dessen Hilfe eine Position geschätzt wird.

'Zu Fuß solltest Du diesen Werten mißtrauen, da zu viele zusätzliche Beschleunigungen (auf und ab beim Gehen etc.) vorhanden sind. '

Die Beschleunigung spielt keine Rolle, nur die zurückgelegten Wegstrecken.

'Die Gesamtstrecken sollte man sich immer erst graphisch ausgeben lassen, ehe man diesen Werten trauen darf. Vielleicht entdeckst Du je auch Teilstrecken, die stark abgedriftet sind und manuell nachbearbeitet werden müssen.'

Das kann eigentlich nur an einer fehlerhaften Projektion der Schrägentfernung (gem. Ralf Schönfeld kann dein Vista es) auf die Oberfläche liegen, ist aber mit Sicherheit kein Resultat einer Vektorrechnung mit geschätzten Werten. Dann würdest du ständig, bei jeder Beschleunigung, einen erheblichen Schleppfehler (auch der Position) in der Anzeige haben.
Wie erkennst du denn, ob eine "Teilstrecke abgedriftet ist", und wie arbeitest du manuell nach? Was findest du dabei (an genaueren Daten) heraus?

'Die angegebene Vmax ist eigentlich immer für die Hose, Das Durchfahren eines Schlaglochs kann eine Verfälschung von locker 10% bedeuten.

Man weiß meist aber nicht, ob die ausgegebenen Geschwindigkeiten ebene Geschwindigkeiten (im Bezug zum eingestellten Koordinatensystem z.B. UTM) sind oder ob sie in erdfesten XYZ-Koordinaten gerechnet werden. Dann wären auch 'schräge' Geschwindigkeiten möglich. Wenn man so genau sein möchte bleibt einem nichts anderes übrig, als sich die NMEA-Daten ausgeben zu lassen und selbst zu rechnen. Dazu ist aber eine gehörige Portion Programmiererfahrung nötig. Derartige Messungen hattest Du aber doch nicht im Sinn, oder? ;-)'

http://kanadier.gps-info.de/d-gpsundkanu2.htm"
© Ralf Schönfeld :
"Angabe der Höhe (engl. Altitude, ALT).
Die Höhenangabe bezieht sich bei GPS-Empfängern prinzipiell auf den Ellipsoid WGS 84, und nicht auf die Meershöhe NN (Normal Null), wie bei Landkarten üblich. Daraus ergeben sich Differenzen.
Deshalb finden sich auch manchmal bei neueren topografischen Karten Bemerkungen wie beispielsweise dieser:
„ Die in der Karte angegebenen Höhen sind Meereshöhen. Mit GPS-Empfänger ermittelte Höhen beziehen sich auf das Ellipsoid des WGS 84, und sind im Blattbereich um durchschnittliche 48m größer als die Höhenwerte in der Karte “.

Aber:
Zumindest bei den Garmin-Geräten trifft dies nicht zu, da Garmin in die Geräte Korrekturtabellen abgespeichert hat.
Die angezeigte Höhe gibt daher, im Rahmen der Meßgenauigkeit, die reale Höhe über dem Meer an (ein Dank an Gerhard Haupt für diese Recherchen).
Trotzdem ist zu beachten, dass die Höhenanzeige systembedingt etwa um den Faktor 1,6 ungenauer ist, als die x/y Koordinaten der Positionsbestimmung (ergibt sich aus dem verwendeten mathematischen Modell).
Zudem kann bei schlechtem Satellitenempfang die Höhenanzeige sehr stark schwanken.

Über die Garmin Korrekturtabellen selbst liegen auch keine Informationen vor. Es kann also je nach deren Genauigkeit, je nach Gebiet auf der Erde, und auch verwendetem Gerät (Stand der Korrekturtabelle), ebenfalls zu Differenzen kommen.
Für den mitteleuropäischen Raum sind die Korrekturwerte recht zutreffend. Bei gutem Empfang liegt die Genauigkeit der Höhenanzeige um die 20 m in Bezug auf NN.
Grundsätzlich darf an die Höhenanzeige jedoch keine zu hohen Ansprüche gestellt werden. Bei scheinbar fehlerhafter Anzeige (z.B. am Meer) liegt kein Gerätedefekt vor !!

Anmerkung:
In der Zeit als die SA (Selective Availability, = künstliche Verschlechterung) noch aktiv gewesen ist, war die Höhenanzeige recht großen Schwankungen unterworfen.
Durch das Abschalten der SA (seit 02.05.00) hat die Höhenangabe nun deutlich an „Wert“ gewonnen, d.h. zeigt jetzt wirklich verwertbare Informationen an.

Bei Bergtouren kann das GPS aber trotzdem nicht immer einen präzisen Höhenmesser ersetzen.
Zur exakten Positionsbestimmung ist wegen der geringen Entfernungen, aber großen Höhendifferenzen im Gebirge zusätzlich zu GPS und Karte ein genauer mechanischer (barometrischer) Höhenmesser empfehlenswert.
Oder ein Gerät, wo dieser integriert ist, wie z.B. Garmin eTrex Summit/ Vista/ GPSmap76S, Silva Multi Navigator.
Zumindest die Garmin-Geräte versuchen aus der GPS-Höhe und der barometrischen Höhe einen genaueren Höhenwert zu berechnen (nur dieser wird angezeigt, und zusammen mit Weg- u. Trackpunkten abgespeichert). Zu dem Silva-Gerät liegen mir keine Infos vor.
Mit einer genaueren Höheninfo kann wiederum eine präzisere horizontale Positionsbestimmung durchgeführt werden"

Du sollest demnach den Luftdruck deines Vista kalibrieren, dann wird es genauer. Siehe auch mein Posting unter "Veränderung der Höhenangabe auf Summit"

Sorry, ist etwas lang geworden....aber wenn's der Wahrheit dient...

mfg navi

Naja, Du hast zwar eine der besten Quellen für Infos über GPS im Netz zitiert, aber es sind auch dort einige Sachen nicht ganz richtig getroffen.

Doppler ist die einzige Möglichkeit die relative Geschwindigkeit zwischen Sat und Receiver zu ermitteln. Das andere ist ein Rückwärtsschluss aus der Ortsveränderung nach der Zeit in Bezug auf eine Rechenfläche.

Wenn Du wissen willst, ob die aktuellen GPS-Geräte Doppler messen, frag mal bei den verschiedenen Geräteherstellern nach. Du wirst bei jedem Importeur in Europa eine andere Aussage (auch für das gleiche Gerät!) bekommen. Scheint sich um ein größeres Geheimnis zu handeln.

Seit der Abschaltung von SA ist es eine einfach zu erhaltene, zusätzliche Informationen, um die Positionierung zu stabilisieren. Und das es Sinn macht kann man unter http://step.iapg.verm.tu-muenchen.de/iapg/...ss/rutz4web.pdf bewundern.

Es ist erkennbar, wie viel besser die Ermittlung der Momentangeschwindigkeit durch Dopplermessung ist. Ganz unten ist ein Graph der zeigt, dass die Geschwindigkeitsmessung sehr wohl von Quer- und Vertikalbeschleunigungen beeinflußt ist. Du hast aber Recht, wenn Du sagst, dass das nicht bei der Differenzbildung der Positionen auf dem WGS84-Ellipsoiden auftritt. Aber ist das dann eine 'Momentangeschwindigkeit'?

Bei den restlichen Punkten, weiß ich nicht so recht, was Du damit sagen willst. Das einzige, was ich dort noch anzweifle, ist der Faktor1,6. Ich denke, dass diese Angabe sehr optimistisch ist und nur bei ganz speziellen Satellitenkonfigurationen gilt. Im Normalfall ist die Höhe noch um einiges schlechter.

SM

Hallo Zusammen,

SM hat mit seiner Bemerkung durchaus recht, daß da auf meinen Seiten nicht alles unbedingt 100% technisch korrekt dargestellt ist, bzw. das eine oder andere eventuell auch mißverständlich formuliert ist.
Nach dieser Diskussion aber Veranlassung für mich, dort endlich mal die Sache zu überarbeiten.
Und da ich selber auf dem GPS Gebiet nur Laie bin , bin ich natürlich auch jederzeit für entsprechende Hinweise auf nicht korrekt dargestellte Sachverhalte dankbar.

Soviel ich gehört habe berechnen die meisten GPS-Geräte die Geschwindigkeit aus einer Kombination von Bewegung innerhalb einer Zeiteinheit und dem Dopplereffekt der Pseudo Range Signale der Sats.
Aber die Hersteller lassen sich da ja nicht in die Karten schauen, denkbar auch daß nur der Dopplereffekt genutzt wird.

Ich Könnte mir vorstellen, daß das Verhalten Deines Vistas im Wald/ bei Verlust Sat-Empfang nix mit Positionsbestimmung über Doppler zu tun hat (Posting weiter oben).
Meines Wissens merkt sich der Garmin immer die letzte Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit, und berechnet dann bei Empfangsverlust noch für ca. 30 Sekunden (?) aufgrund dieser Daten theoretisch die Sollposition, bevor er dann das Handtuch wirft.
Verhalten ist z.B. auch bei Tunneldurchfahrten zu beobachten, besonders deutlich bei gekrümmten Einfahrten (da geht dann der aufgezeichnete Track nach dem ersten Empfangsverlust (Einfahrt Tunnel) geradeaus weiter).

Gruß
Ralf
http://kanadier.gps-info.de/

Hallo nochmal,

das Thema läßt mich nicht ruhen:

Der Dopplereffekt von welchen Signalen wird denn Eurer Meinung nach verwendet?

Ich behaupte, es ist unmöglich, den Frequenzverschiebungsanteil eines wenige km/h schnellen GPS Empfängers von der des mindestens 10.000km/h schnellen Sat zu messen, es müßte
1. die genaue Geschwindigkeit des Sat bekannt sein (ok, ein kleineres Problem),
2. müßte die Richtung des Sat in bezug auf die Position des Empfängers bekannt sein, um die Relativgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des Sat zum Ort u kennen, und das müßte zu mehreren Sats gleichzeitig bzw. sehr kurz hintereinander erfolgen,
3. ändert sich sich selbst bei einem den Beobachterzenit passierenden Sat allein durch die Umlaufbahn die Relativgeschwindigkeit ständig.
4. dreht sich die Erde auch noch, je nach Position zwischen 0 (Pole)und 1.666km/h (Äquator)schnell, was die Berechnung der "Doppler-Nullverschiebung" (die Frequenz, von der ausgehend der Wanderer "gedopplert" werden soll) weiter erschwert.

Was meint Ihr?

ein frohes neues Jahr wünscht

navihawk

Hallo,

unabhängig von der Art, wie die Geschwindigkeit gemessen wird, wie genau ist denn die angezeigte Geschwindigkeit. Ich gehe dabei von einer konstanten Geschwindigkeit (also weder Beschleunigung noch Verzögerung) aus.

Mit meinem Mopped hab ich enorme Tachoabweichungen; zwar fehlt seit dem Gespannumbau die Tachoangleichung - jedoch bei Tacho 141 zeigt der SP 3 "121 km/h" an.

Ist das GPS Gerät beim Blitzen ein zuverlässiges (als Beweis anerkanntes) Hilfsmittel?

Gruß

KD (Winger)

Hallo Emanuel,

sicher hast Du schon öfter davon gehört, dass Radargeräte falsch aufgestellt werden. Wenn Du der festen Überzeugung bist, nicht zu schnell gefahren zu sein (und dein Gerät natürlich vorher zurückgestellt hast) kannst vielleicht damit das letzte Quentchen Glück haben.

Wie meintest Du das mit dem Wrap Modus? Ich hab mal versucht, die Fahrt aufzuzeichnen, hab aber keine Möglichkeit gefunden, das auf den PC zu laden.

Gruß

KD (Winger)

Hallo,

ich möchte mich auch noch mal zum Thema Dopplereffekt und Geschwindigkeitsmessung bei GPS-Geräten äussern. Ich habe nun nicht etxra noch mal bei GPS-Technologie nachgelesen, meine Meinung ist also nicht abgesichert. Schöpfe mein Wissen aber aus nem UNI-Nachrichtentechnikstudium Abschluss '97. 10 Klassen Schulbildung sind aber auch ausreichend, glaub ich.

Es ist doch simpel und einleuchtend.
Die einfachste Variante die Geschwindigkeit des GPS-Empfängers zu ermitteln ist folgende:Messung der Position A zum Zeitpunkt A. Dann bewegt sich der Empfänger und dann erfolgt die Messung der Position B zum Zeitpunkt B. Der Empfänger selbst berechnet dann aus den beiden Positionen die Wegstrecke AB und aus den Zeitpunkten A und B die Zeitdifferenz AB. Und die Geschwindigkeit ist dann ganz einfach Weg AB geteilt durch die Zeit AB. Fertig.

Positionen bestimmt der Empfänger in Bewegung genauso wie in Ruhe. Den Abstand zweier Positionen berechnet der Empfänger selbst. Die Zeitdifferenz "berechnet" er auch selbst. Nix Doppler notwendig.

Dopplereffekt: (enddeckt von Herrn Doppler am soundsovielsten 19.. und bemerkt bei Experiment....)

Die Erscheinung, dass Beobachter bei Annäherung eines Senders (Radiosender,Schall-, Lichtquelle) ein Signal mit höherer Freuenz und bei Entfernung mit tieferer Frequenz als die eigentliche Signalfrequenz empfangen.

emfangene Freuenz äquivalent zur Geschindigkeit
Formel gewünscht?

Bitte:(Rundung)
Empfangsfrequenz = Sendefrequenz x(1 +- Objektgeschw./Lichtgeschw.)

Klassiker: Geräusch vorbeifahrender Autos. Am deutlichsten messbar wenn sich Objekte direkt aufeinander zu oder voneinander wegbewegen. (Relativgeschwindigkeit ist ursächlich!) Oder auch Rotverschiebung bei Lichtquellen

Variante : schicke Signal mit Frequenz f1 auf passives Objekt und empfange reflektierendes Signal mit Frequenz f2. Wenn sich Objekt auf Signal-Sender/Empfänger zu oder von ihm wegbewegt, dann f1 <>f2

viele Grüsse
Christoph

Hallo, hier noch eine kurze Meldung. Ich habe gerade ein interessantes Vorlesungsscript entdeckt:
http://ivvgeo.uni-muenster.de/Vorlesung/GP...l5/main5-2.html
Dort steht auch was zum Dopplereffekt. Dopplereffekt wird ebenso wie andere Messverfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen Empfänger und Satelliten benutzt. Aus diesen Entfernungen ("Pseudoentfernungen" von mind drei Satelliten..usw)wird die Position des Empfängers berechnet. Nicht die Geschwindigkeit des Empfängers, sondern seine Position im Raum.

viele Grüsse
Christoph

>Nicht die Geschwindigkeit des Empfängers, sondern seine Position im Raum.

Also in genau dem Skript steht auf genau der Seite: 'wobei auch Signallaufzeiten und Doppler-Effekte zur Bestimmung des momentanen Ortes und der Pseudoentfernungen bzw. Geschwindigkeiten herangezogen werden. '

Navihawk schrieb:
>Ich behaupte, es ist unmöglich, den Frequenzverschiebungsanteil eines wenige km/h schnellen GPS Empfängers von der des mindestens 10.000km/h schnellen Sat zu messen...

Erstens sind die Sats sind etwa 3x so schnell und zweitens ist es möglich.

Die einzige offene Frage ist, ob die Hersteller für Handgeräte den Dopplereffekt zur Errechnung der Geschwindigkeit heranziehen. Wenn ich solche ein Gerät bauen müßte, würde ich es tun und alle bereits angesprochenen Verfahren (z.B. dx/dt...) durch einen Kalmanfilter jagen, um eine stabile, geschätzte Geschwindigkeit bekommen.

Bei hochwertigeren Anwendungen (z.B. geodätisch) wird defintiv so vorgegangen. Man kann es sich dort nicht erlauben, verfügbare Daten wegzulassen. Es ist tatsächlich auch möglich diese oben angesprochenen 'kleinen' Geschwindigkeiten zu messen. Immerhin ist das erste satellitengestützte Navigationsystem schon 1960 (!) in Dienst gegangen. Dieses arbeitete ausschließlich (!) mit Dopplermessungen.

Und dann noch mal zu Navihawk:
>1. die genaue Geschwindigkeit des Sat bekannt sein (ok, ein kleineres Problem),

- ohne Ephemeriden, keine Position, die Daten werden stündlich verbessert und an jedes GPS-Gerät versendet

>2. müßte die Richtung des Sat in bezug auf die Position des Empfängers bekannt sein, um die Relativgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des Sat zum Ort u kennen, und das müßte zu mehreren Sats gleichzeitig bzw. sehr kurz hintereinander erfolgen,

- erstaunlich, was so kleine GPS-Empfänger können. 1973 waren es noch riesige Kühlschränke, die nur einen Kanal hatten, heute verfolgen wir immer alle sichtbaren Sats gleichzeitig (nicht hintereinander!).

>3. ändert sich sich selbst bei einem den Beobachterzenit passierenden Sat allein durch die Umlaufbahn die Relativgeschwindigkeit ständig.

- ja, sogar während einer einzelnen Codemessung (20ms), trotzdem ist es machbar, sogar auf Satelliten, die sich noch stärker bewegen, wird GPS gemessen

>4. dreht sich die Erde auch noch, je nach Position zwischen 0 (Pole)und 1.666km/h (Äquator)schnell, was die Berechnung der "Doppler-Nullverschiebung" (die Frequenz, von der ausgehend der Wanderer "gedopplert" werden soll) weiter erschwert.

- richtig, aber auch das leisten GPS-Empfänger. Es ist doch gut, wenn die Dopplerverschiebung in jeder geogr. Breite anders ist. So können wieder Rückschlüsse auf die Position gezogen werden.

SM
(auch 'irgendwie' Techniker)