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- Info-File: DIGI
- Nr Call Datum Zeit Bytes Titel
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- 24 DB2OS 17.06.94 20:45 9900 GPS und 23cm-Interlinks
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- (DIGI) DB1UQ de DB0GE>
- Keinen (neuen) Eintrag gefunden, der letzte Eintrag ist:
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- Info-File: FAX
- Nr Call Datum Zeit Bytes Titel
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- 67 DF5FJ 17.06.94 19:10 9967 HARIFAX2.7PL
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- (FAX) DB1UQ de DB0GE>
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- DIGI @ALLE de:DB2OS 17.06.94 20:45 90 9900 Bytes
- GPS und 23cm-Interlinks
- *** Bulletin-ID: 176407DB0FAU ***
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- 940617/2020z DB0PSC, 940617/2020z DB0FRB, 940617/2023z DB0CZ
- 940617/2018z DB0KCP, 940617/2013z DB0MWS, 940617/1900z DB0LAN
- 940617/2013z DB0RGB, 940617/1939z DB0ABH, 940617/1933z DB0BOX
- 940617/2131z DB0LPZ, 940617/1913z DB0ERF, 940617/1914z DB0EAM
- 940617/1907z DK0MAV, 940617/1841z DB0FAU
- de DB2OS @ DB0FAU.#NDS.DEU.EU
- to DIGI @ ALLE
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- Liebe Freunde,
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- in letzter Zeit wurde mehrfach über Störungen eines GPS-Vermessungs-
- systems bei dem Landesvermessungsamtes in Schwerin (DB0MVP)
- berichtet.
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- Da ich mich selbst mit GPS recht intensiv befasse, hierzu
- ein paar Hintergrund-Informationen. Leider sieht das Endergebnis
- in der Tat etwas bedrohlich aus.
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- Alle GPS NAVSTAR-Satelliten senden ihre Signale auf zwei verschiedenen
- Frequenzen ab.
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- Die sogenannte primäre L1-Bake auf 1575,42 MHz wird mit dem allgemein
- zugänglichen C/A Code U N D dem militärischen (geheimen) P Code moduliert.
- Die L2-Bake auf 1227,60 MHz wird N U R mit dem P-Code moduliert.
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- C/A steht für Coarse/Acquisition oder Clear/Acquisition und
- ist frei zugänglich. Jedoch nur mit begrenzter Genauigkeit
- bei der Positionsbestimmung. Genauigkeit derzeit leider
- nur noch um 100m wegen Selective/Availability, d.h. die
- Positionsdaten werden künstlich noch weiter verschlechtert.
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- P steht für Protected oder auch Precise code, der eine hochgenaue
- Positionsbestimmung erlaubt. Dieser Code steht nur ausgewählten
- Nutzern (staatliche Einrichtungen) zu
- r Verfügung, da auch
- militärisch genutzt. Wird aber auch für Vermessungsarbeiten
- im cm-Bereich benutzt, um z.B. Verschiebungen der Erdkrusten
- und Kontinente zu ermitteln.
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- Ausserdem handelt es sich um Spread-Spectrum Signale, deren
- Chip-Rate beim C/A-Code genau 1,023 MHz beträgt und bei P-Code
- 10,23 MHz. Es handelt sich dabei um eine Pseudorandom-Sequenz (PRN),
- deren Wiederholrate beim C/A-Code nur 1 Millisekunde beträgt und
- deren Algorithmus allgemein bekannt ist. Beim P-Code beträgt die
- Wiederholrate 38 Wochen und der Algorithmus ist natuerlich geheim.
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- Die eigentlich Navigationsdaten werden jedoch nur mit 50 Baud übertragen!!!
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- Durch die Verwendung von Spread Spectrum erhält man daher einen
- sogenannten Prozess-Gewinn (Gp), der die Verbesserung des
- Signal/Rauschabstandes angibt:
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- Process Gain = 10 log BWrf/Rinfo in dB
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- BWrf ist die Bandbreite des gesendeten Spread Spektrum Signals.
- Bei Biphase PSK ist dies 0,88 * der Chip-Rate.
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- Rinfo ist die Datenrate der eigentlichen übertragenen Information,
- hier 50 Bit/s.
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- Beim C/A-Code ergibt sich also ein Prozess-Gewinn von 72dB und beim
- P-Code sogar 82dB, weil desssen Bandbreite bzw. Chip-Rate 10fach höher ist.
- Dies ist natürlich ein rein theoretischer Wert, der in der Praxis
- von der Implementation des Correlators im Empfänger abhängt.
- Nichtlinearitäten im Empfänger, usw. können hier zu deutlich schlechteren
- Werten führen, aber dazu später mehr..
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- Sinn der Geschichte ist, daβ man unempfindlicher gegenüber Störungen
- und Multipath-Ausbreitung wird.
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- Achja: Alle GPS-Satelliten senden auf der gleichen Frequenz, aber jeder
- einzelne Satellit verwendet natuerlich jeweils einen anderen PRN-Code!!
- So kann man die Satelliten dann erst auseinanderhalten...
- Da alle Satelliten mit etwa gleicher Feldstaerke einfallen gibt
- es auch keine gegenseitigen Störungen (siehe unten).
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- Wie unempfindlich man gegenüber fremden Störsignalen wird, berechnet
- sich wie folgt:
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- Jamming Margin: Mj = Gp - [Lsystem + (S/N)out] dB
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- Lsystem sind die System Implementationsverluste.
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- Unter Berücksichtigung verschiedener Parameter kommt man so auf
- eine Anti-Jamming Margin von rund 50 dB beim C/A und beim P-Code
- sogar auf rund 60 dB!!!
- Das heisst nichts anderes, als das ein Empfang der Spread Spektrum
- Signale nicht mehr möglich ist, wenn die Interferenzen/Störungen
- 50-60dB über dem erforderlichen Nutzsignal liegen!!!
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- Dieses Anti-Jamming bezeichnet man übrigens auch als Anti-Spoofing,
- aber leider ist der Begriff hier sehr irreführend.
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- Es stimmt nämlich nicht, dass GPS wegen der Spread Spectrum Modulation
- unempfindlich gegenüber Störungen ist oder "nicht störbar"!
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- Das GPS L2-Signal hat am Boden nur einen Pegel von etwa -160 bis
- -166 dBW, also DEUTLICH unterhalb des normalen Rauschpegels!
- Es duerfte also nicht besonders schwierig sein ein etwa -100 dBW
- starkes (schwaches?) Signal an der Empfangsantenne zu erzeugen,
- oder ein Signal, welches zu Unlinearitäten durch Übersättigung
- des LNA's im GPS RX führt!!!!
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- Es dürfte Einleuchten, daβ dieses auch gerade zu erheblichen Problemen
- bei den Anwendern führen wird, die jetzt anfangen GPS für Naviagtions-
- zwecke (automatische Präzisionslandesysteme) bei groβen Flughäfen
- zu verwenden, bei denen es aufgrund von 23cm-Sekundärradars schon
- ein erhebliches Störpotential gibt.
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- Das Landesvermessungsamt will vermutlich DIFFERENTIAL GPS nutzen.
- Hierbei installiert man einen GPS-RX an einem Standort, dessen
- geographische Position sehr genau bekannt ist. Über einen Sender
- wird dann ein Referenzsignal abgestrahlt, welches bei einem
- mobilen Empfangssystem mit den selbst vom eigenen GPS-RX empfangenen
- Positionsdaten verrechnet wird. Auf diese Weise erhält man auch
- OHNE Verfuegbarkeit des P-Codes eine sehr genaue Positionsangabe mit
- unter 5m Genauigkeit!! Ohne Differential GPS liegt die Genauigkeit
- beim C/A-Code derzeit nur noch bei etwa 100m, da die Daten von
- den Betreibern künstlich verschlechtert wurden.
- Bekannt ist dies auch als "Slective Availability".
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- Sollte man tatsächlich den P-Code der L2 Bake auf 1227,60 MHz verwenden,
- dann deswegen, weil man damit die ionospherischen Effekte kompensieren
- will, deren Fehler immerhin bis zu 20 Meter betragen kann.
- Hierzu empfängt man sowohl das Signal der L1 Bake auf 1575,40 MHz,
- als auch eben das der L2 Bake auf 1227,60 MHz und rechnet den
- Fehler dann heraus.
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- Nun ist es so, dass der Design der HF-Stufen sehr auf die maximal
- mögliche Genauigkeit eingeht, wenn man z.B. eine Genauigkeit der
- Positionsbestimmung im Millimeterbereich erreichen will, was mit
- dem Empfang der besagten L1 und L2 Bake möglich ist!!!!
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- So gibt es zB spezielle GPS-Empfänger, die fur eine höchstmögliche
- Genauigkeit entwickelt wurden, bei deren ursprünglichen Design man aber
- von einer relativ ruhigen Umgebung ausgegangen ist. Das JPL benutzt
- solche eigens entwickelten Systeme für die Vermessung deren " Deep
- Space Network" Empfangsanlagen, wo es auf eine sehr hohe
- Genauigkeit bei der Position der Anlagen untereinander ankommt.
- Da diese Anlagen üblicherweise nur im S-, X- und Ka-Band arbeiten
- und das L-Band (23cm) unbenutzt ist, hat man z.B. ein 500 MHz breites
- Frontend-Filter eingesetzt, welches das L1 und das L2 Signal gleichzeitig
- durchläβt und natürlich alles was dazwischen liegt.
- Signale von naheliegenden Sendern in diesem Durchlaβbereich (zB.
- Amateurfunk, Radars) führen dann natürlich zu Nicht-Linearitäten im LNA
- und das GPS-System wird unrauchbar. An den genannten DSI-Einrichtungen
- gab es damit allerdings keine Probleme.
- Für andere Anwendungen in "HF verseuchten Gebieten" hat man dann
- wesentlich schmalere Filter für die L1 und L2 Bake eingesetzt, um
- diese Störungen zu minimieren. Natürlich mit dem Nachteil das durch
- unterschiedliche Filter, Laufzeiten, Phasenverschiebungen usw.
- die Genauigkeit zwischen den beiden Baken gelitten hat.
- Bei den Wissenschaftlern geht es halt um "Millimeter"....
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- Für die Anwendung bei der normalen "Flurbereinigung" sollte dem
- Landesvermessungsamt jedoch eine Genauigkeit auf cm bis 1m Ebene
- ausreichen und obige Empfänger kommen dort wohl auch mit Sicherheit
- nicht zum Einsatz. Es es ist aber nicht auszuschliessen, dass der
- Hersteller der verwendeten GPS-Empfänger wenig über die Verhältnisse
- und wachsende Frequenzbelegung im L-Band weiss oder aus Kostengründen
- eben breite Filter eingesetzt wurden..
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- Wie gesagt, es reicht z.B. ein -100 dBW Signal bei der GPS-Antenne
- des Landesvermessungsamtes um zu erreichen, daβ es nicht mehr arbeitet.
- Das verwendete Filter ist vermutlich 20MHz oder noch breiter (das L2-
- Signal ist rund 10MHz breit!!) Oder das Signal von DB0MVP ist zwar
- ausserhalb, aber bringt den LNA immernoch dazu in die Begrenzung zu
- gehen bzw. Nicht-Linear zu werden. Es reichen ja bereits schwache
- Nebenwellen...
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- Es dürfte also nötig sein einmal zu messen, wie stark das Signal
- von DB0MVP (Nebenwellen?) an dem bewussten Standort ankommt,
- wie stark die Signale der GPS-Satelliten empfangen werden
- und welche Selektion im Eingang vom GPS-RX vorgenommen wird..
- Dazu müssten man zB wissen, wer der Hersteller dieses GPS-RX ist..
- Erst dann kann man vermutlich Rückschlüβe über eine weitere
- Verfahrensweise führen.
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- Ich hoffe das dieser Beitrag etwas Licht in die Problematik
- bringt und eine brauchbare Lösung für beide Seiten gefunden wird.
- Ich gehe mal davon aus, daβ es genügend andere Standorte gibt,
- bei denen die GPS-Empfänger des Landesvermessungsamt wegen
- vorhandener 23cm-Anlagen aussetzen und nicht nur wegen
- unser 23cm-Interlinks...
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- Viele Grüβe
- Peter Gülzow, DB2OS
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- (DIGI) DB1UQ de DB0GE>
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- FAX @EU de:DF5FJ 17.06.94 19:10 90 9967 Bytes
- HARIFAX2.7PL
- *** Bulletin-ID: 17642BDB0GV ***
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- 940617/1906z DB0HOM, 940617/1900z DB0AIS, 940617/1857z DB0SIF
- 940617/1822z DB0GV
- de DF5FJ @ DB0GV.#HES.DEU.EU
- to FAX @ EU
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