Bevezetés a méréstechinkába, és jelfeldologzásba jegyzőkönyv Lódi Péter(D1WBA1) Módli Hunor(HHW6Q9) 2015 Április 15. Mérés helye: Mérés ideje: Mérés tárgya: Mérés eszköze: PPKE-ITK 3. emeleti 321-es Mérőlabor, az Egyetem épületének környező utcái. 2015.04.16. 13:15-16:00 GPS alapmérések. GPS vevőkészülék, VisualGPS Bevezetés: A gyakorlaton a GPS alapú helymegahtározó rendszerekkel foglalkoztunk egy Egyetem körüli séta keretében, amely közben időről időre kijelöltünk nevezetes pontokat, melyekkel a későbbiekben különböző feladatokat végeztünk. 1. Az útvonal elemzése A sétára magunkkal vitt GPS vevő által szolgáltatott adatokat a VisualGPS szoftver egy log fileba mentette, és ezt a laborba visszaérve tekintettük meg a szoftver segítségével. Az NMEA file alapján készült útvonal mutatja azt, hogy a GPS vevő milyen időpillanatban milyen földrajzi koordinátákat mért, így láthatóvá vált a ponthalmaz amit az adatgyűjtés során bejártunk. 1. ábra. A séta során bejárt útvonal Google Térképen. 2. ábra. A séta során bejárt útvonal a mért adatok alapján. Az ábrán, és a mellé kontrolként helyezett térképen látszik hogy a mérési adatok gyakran rendkívül pontatnlanok. Ezt azzal lehet magyarázni hogy végig magas épületek között mozogtunk, melyek zavarólag hatnak a mérésre azáltal, hogy visszaverik, vagy leárnyékolják a műholdak jeleit. Így kaptunk ilyen furcsa mérési hibákat, kiugró értékeket, és nyilvánvalóan lehetetlen útvonalakat tartalmazó ábrát. 1
2. Az első hallgató Módli Hunor mérési pontja A mérési pont az NMEA log fileban UTC 11:55:48 időpillanatban regisztrált földrajzi pozíció. A GPS vevő ekkor az Egyetem épületétől nyugatra lévő szigony utcai szökőkút tetején volt. a) Az NMEA log file elemzése: Az NMEA log file e mérési pontra vonatkozó sorai a következők: $GPRMC,115548,A,4729.2323,N,01904.7493,E,000.0,322.1,300895,002.9,E*79 $GPGGA,115548,4729.2323,N,01904.7493,E,1,05,4.1,153.6,M,41.0,M,,*47 $GPGSA,A,3,05,,13,,17,,,,28,30,,,4.3,4.1,1.0*39 $GPGSV,3,1,10,05,19,210,33,11,01,057,,13,83,194,49,15,52,297,31*72 $GPGSV,3,2,10,17,23,132,36,18,09,325,,20,02,191,,24,14,273,*73 $GPGSV,3,3,10,28,60,063,50,30,27,079,36,,,,,,,,*79 A pont koordinátái ezek alapján: 4729.2323 47 29 13 N 01904.7493 19 04 44 E A látott holdak adatai: Satellite ID 05 11 13 15 17 18 20 24 28 30 Elevation 19 01 83 52 23 09 02 14 60 27 Azimuth 210 057 194 297 132 325 191 273 063 079 SNR 33 49 49 31 36 50 36 Ezek az adatok a Signal quality window-on: 3. ábra. Singal quality window A $GPGSA sorban látható hogy a pozíció meghatározásához a táblázatban szürkével jelzett műholdak nem járultak hozzá, és ezek SNR értékei néhol ismeretlenek. Így bár az eszköz mind a 12 csatornán fogta egy-egy műhold jelét, de a helymeghatározásban csak 5 műhold vett részt. 2
b) Az azimut térkép elemzése: A VisualGPS szoftverrel a mérési ponton ábrázolva a műholdakat az Azimuth and Elevation ablakban megtekintve a következő ábrát láttuk: A tereptárgyakat ábrázolva érdekes jelenség tapasztalható. Bár azt várnánk, hogy az épület által eltakart műholdakról jövő jel nem jut el a készülékbe, mégsem ezt tapasztaljuk. Erre a jelnségre adhat magyarázatot az, hogy a közeli tízemeletes épületek igen sima felületeti visszatükrözték a rádióhullámokat, illetve hogy néhány műhold jele mégsem értékelhető ki annak ellenére hogy elvileg szabad rálátás van az adókra. c) A mérési pont elhelyezése különböző térképeken: A pont (47 29 13" N, 19 04 44" E) koordinátáit az NMEA log fájl $GPRMC sorának...,4729.1509,n, 01904.6048,E... részébő nyerük ki a következő képpen: A koordináták szögmásodperces alakra való átszámításához a szögperceben kapott érték törtrészét 0,6-del megszoroztuk, majd ezt értelemszerűen az új koordinátába mint szögmásodperc írtuk be. 4. ábra. Visual Earth 5. ábra. Google Maps 3
d) Másik ponttól való távolság: Megkeresten a névsorban 5-tel utánam lévő halgató(topos Gergely) pontját, melyet UTC 12:08:06 időpillanatban rögzített a GPS vevő. A logfájlból kikerestem az erre a pontra vonatkozó sorokat, majd elmentettem egy txt fájlba. Majd szigorúan időrendvben megnyitottam a saját pontomról szóló részt tartalmazó txt-t, és a másik txt-t, majs Survey Window-on kijelöltem a kezdőpontot (a Status Bar segítségével) és az egér mutatóját rávittem a végpontra, majd a Status Bar-on leolvastam az eredményt. Az állapotjezőn lévő szám: Vagyis a mérőpontom távolsága Topos Gergely mérőpontjától: 142.61 méter. 4
3. A második hallgató Lódi Péter mérési pontja A mérési pont az NMEA log fileban UTC 12:09:50 időpillanatban regisztrált földrajzi pozíció. A GPS vevő ekkor a Losonci tér délnyugati sarkánál, a mozgássérült parkoló táblás villanyoszlop mellett volt. a) Az NMEA log file elemzése: Az NMEA log file e mérési pontra vonatkozó sorai a következők: $GPRMC,120950,A,4729.2320,N,01904.8558,E,000.0,183.8,300895,002.9,E*70 $GPGGA,120950,4729.2320,N,01904.8558,E,6,00,3.1,123.6,M,41.0,M,,*4C $GPGSA,A,3,,,,,,,,,,,,,3.1,3.1,1.0*33 $GPGSV,3,1,09,05,13,207,,11,03,051,,13,77,171,48,15,57,291,31*70 $GPGSV,3,2,09,17,29,128,30,18,12,320,,24,20,277,32,28,55,057,36*75 $GPGSV,3,3,09,30,22,083,31,,,,,,,,,,,,*4A A pont koordinátái ezek alapján: 4729.2320 47 29 14 N 01904.8558 19 04 51 E A látott holdak adatai: Satellite ID 05 11 13 15 17 18 24 28 30 Elevation 13 03 77 57 29 12 20 55 22 Azimuth 207 051 171 291 128 320 277 057 083 SNR 48 30 32 31 Ezek az adatok a Signal quality window-on: 6. ábra. Singal quality window A $GPGSA sorban egyetlen műhold száma sincsen megemlítve, tehát ezen a ponton a vevő sok műholdnál csak hozzávetőleges értékeket adott meg és ezek SNR értékei általában ismeretlenek. Így bár az eszköz 5 csatornán fogta egy-egy műhold jelét, de pontos helymeghatározás nem jöhetett létre. Ennek okait az Azimuth térképnél részletezzük. 5
b) Az azimut térkép elemzése: A VisualGPS szoftverrel a mérési ponton ábrázolva a műholdakat az Azimuth and Elevation ablakban megtekintve a következő ábrát láttuk: A tereptárgyakat ábrázolva olyan eredményt kaptunk amelyre előzetesen is számítottunk: mivel egy L alakú tízemeletes tövében mértünk ezért a műholdakról jövő jelek többsége nem jutott el hozzánk. Amelyik pedig el jutott az szintén a tízemeletes épületek igen sima felületetének köszönhető, melyek visszaverték a rádióhullámokat. c) A mérési pont elhelyezése különböző térképeken: (47 29 14" N, 19 04 51" E) koordinátáit az NMEA log fájl $GPRMC sorának...,4729.2320,n,01904.8558,e... részébő nyerük ki, fentebb említett módon. 7. ábra. Visual Earth 8. ábra. Google Maps 6
d) Másik ponttól való távolság: Megkeresten a névsorban 5-tel utánam lévő halgató(román Barbara) pontját, melyet UTC 12:08:55 időpillanatban rögzített a GPS vevő. A logfájlból kikerestem az erre a pontra vonatkozó sorokat, majd elmentettem egy txt fájlba. Majd szigorúan időrendvben megnyitottam a saját pontomról szóló részt tartalmazó txt-t, és a másik txt-t, majs Survey Window-on kijelöltem a kezdőpontot (a Status Bar segítségével) és az egér mutatóját rávittem a végpontra, majd a Status Bar-on leolvastam az eredményt. Az állapotjezőn lévő szám: Vagyis a mérőpontom távolsága Román Barbara mérőpontjától: 23,46 méter. 7
4. Egy szögmásodperc eltérés mértéke (0,0) pont: A Föld kerülete az egyenlítőnél: 40 007,86 km Ezt elosztjuk 360-nal, ebből kapjuk az egy fokra eső távolságot: 111,122 km Tovább osztva 60-nal a szögperc értékhez: 1,852 km És ebből egy szögmásodperc (ismét 60-nal oszva) : 0,030870 km = 30,87 m. Vagyis a (0,0) pontban egy szögmásodperc 30,87 méter eltérést jelent. (4729,1904 ) pont: Ebben a pontban a Föld kerülete: sin(90 α) = A Föld sugara az egyenlítőnél: 6378,137 km Ebből r = 4310,37 km r a F öld sugara Ezt felhasználva a kerület: 2 * 4310,37 * 3.14 = 27082,88 km (1 fok) 27082, 88 360 = 75, 23km 75,23 60 = 1, 254km (1 szögperc) 1,254 60 = 0, 020897km = 20, 9m (1 szögmásodperc) 8