Moin!

Da in den Threads zu Achims LoRa System und Andreas' GPS-Tracker die Frage nach dem Empfang von GPS Signalen und Antennendiagrammen im Allgemeinen aufkam, habe ich mich ein wenig damit beschäftigt. Um nicht den LoRa-Thread zu hijacken habe ich das mal in einen eigenen Thread ausgelagert.

Zitat:

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Original geschrieben von RalfB

Ich sage ja schon lange, HF ist Voodoo.
ich habe zwei LoRa-Tracker. Einen mit Antenne nach oben den anderen die Antenne zur Seite. Wenn man beide einbauen würde und zwei Empfänger einsetzt, könnte man vielleicht erkennen ob die ein oder andere Anordnung einen Vorteil hat.
Ist jetzt aber nicht so, dass ich da verstärkt Wert drauf lege das rausfinden zu wollen.
Ich wüste auch nicht wir man das vernünftig aufzeichnen und auswerten könnte.

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Vodoo ist HF nicht, sie hängt nur von vielen Randbedingungen ab, von denen man viele nicht unter Kontrolle hat...

Also nur mal so als Beispiel: Mein handheld GPS-Receiver zeigt mir eine Karte aller am Himmel befindlichen Satelliten an und die Signalstärke von jedem einzelnen.



Auf dem kleinen Bildschirm kann man darauf jetzt nicht so schrecklich viel sehen, aber man erkennt schon, dass primär Satelliten in Richtung Zenit und Süd-Westen empfangen werden, wohingegen von Satelliten die in Richtung Nord-Osten stehen kein Signal ankommt. Das passt auch, in die Richtung steht nämlich eine Hauswand. Also das Prinzip sollte klar werden.

Die u-blox Receiver können genau diese Informationen bzgl. Satelliten und Empfangsstärke und auch noch viel weitere Telemetrie über UART ausgeben. Mit der u-blox center Software kann man das dann super in Echtzeit visualisieren. Ich hab damit vor vielen Jahren mal intensiver rumgespielt, das klappte sehr gut und man konnte sehen, wie mit der Zeit neue Satelliten hinzukamen oder andere wieder verschwanden. Mit einem Datenlogger könnte man die selben Informationen aber auch während der Mission aufzeichnen und später analysieren. Das würde schon gehen. Eigentlich muss man nur den GPS-Receiver so konfigurieren, dass er diese Informationen ausgibt, und die Raketenelektronik müsste die entsprechenden Telegramme verarbeiten und auf eine SD-Karte oder ähnliches wegspeichern. Alles kein Hexenwerk, wenn man den wirklich will...

Besten Gruß
Schmidti

Die Sache hat mich weiter interessiert und da ich hier noch eine Ladung u-blox Neo-6M hier liegen hatte die unbedingt mal ausgepackt und getestet werden mussten, habe ich gestern mal einen in Betrieb genommen.

Ich habe sogar die U-Center Software mit Wine ans Laufen gebracht, klappte weitgehend unproblematisch. U-Center gibt einem richtig gute und detaillierte Informationen aus. Darunter auch die Position der verschiedenen Satelliten am Himmel und der Verlauf der Signalstärke. Das sieht dann z.B. so aus:



Meine Idee war, dass wenn man über viele Stunden Satelliten über den Himmel ziehen lässt (wie es auch in dem Bild oben angedeutet ist) und dabei permanent die Signalstärken aufzeichnet, man einen recht guten Eindruck vom Antennendiagramm und den Empfangseigenschaften erhalten sollte. Ich hatte eigentlich schon geplant, eine solche Analyse zu programmieren, habe dann aber gesehen, dass U-Center das für einen schon macht. Nach über acht Stunden Datensammeln sah das dann so aus:



Die Farbskala gibt an, in welche Richtung der Empfang wie gut ist. Offensichtlich nach oben hin ganz gut, ebenfalls nach Süden. Bei niedrigen Eelevationen, also zum Horizont hin ist der Empfang erwartungsgemäß schlecht und nach Norden geht gar nichts. Das sind so schon mal gute Ergebnisse.

Vielleicht schreibe ich aber trotzdem nochmal ein Skript um so eine Analyse nochmal etwas schicker durchzuführen und dann vielleicht auch mit einer besseren Positionierung der Antenne, entweder im Dachfenster oder auf dem Balkon.

Gruß
Schmidti

Das Programm U-Center von U-Blox läuft übrigens nicht nur mit Original U-Blox-Produkten, sondern auch mit anderen, z. B. denen von Beitian. Um damit mal zu testen, ist es sinnvoll, den GPS-Empfänger über einen USB-Serial-Adapter anzuschließen. Aber Achtung! Die Versorgungsspannung muss stimmen. Die kann man bei diesen Adaptern zwischen 3.3 und 5 Volt umstellen.

Kann man ruhig mal machen, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich das mit dem Satellitenempfang so verhält. Man sieht dann auch
- ob der Empfänger nur von einem oder mehreren Satellitensystemen empfängt (GPS, GLONASS, usw., kaum Galileo)
- wie schnell ein erster Fix zustande kommt

Natürlich könnte man dann auch mit elektrischer Abschirmung bzw. Beeinflussung (Rampe, usw.) experiementieren

Beispiel für solch einen Adapter:



Rechts der USB-Anschluss, links die Pins für die serielle Schnittstelle, daneben der Jumper für Umschaltung zwischen 3.3 und 5 Volt.

Gruß Achim

Geändert von AchimO am 14. November 2025 um 20:36

Ja, das stimmt natürlich. U-Center basiert ja grundsätzlich auch nur auf den NMEA Outputs und die sind nicht ohne Grund standardisiert. Solange der Receiver die NMEA-GPGSA und NMEA-GPGSV Messages ausspuckt, hat man die Daten der einzelnen Satelliten.
Praktisch ist natürlich, dass man den Receiver auch direkt über U-Center bequem konfigurieren kann -- oder natürlich auch Dinge verstellen: Irgendwie kriege ich die EGNOS SBAS Daten nicht mehr und somit auch keine DGPS Lösung mehr. Vorgestern ging das noch... Keine Ahnung, ob ich da was in der Konfiguration zerschossen habe.

Naja, unabhängig davon habe ich übers Wochenende auch nochmal meine eigenen Skripte geschrieben, die ganzen NMEA-Messages selber geparsed, ihre Informationen auch verstanden und nochmal die Antennenkeule besser und schöner bestimmt.



Da stecken jetzt irgendwas wie 10h Daten drin. Die Antenne war dabei im Dachfenster mit Ausrichtung nach Südwesten und um knapp 40° geneigt montiert. Die Hauptantennenrichtung erkennt man sehr gut aus dem Antennendiagramm, aber auch ein paar Nebenkeulen, eine sehr starke direkt nach Süden, aber auch einige schwache z.B. in Richtung Nordosten. Ich frage mich, ob das Reflektionen an den benachbarten Dachschrägen sind. Darüber hinaus sieht man einen klaren "Blinden Fleck" Richtung Norden, da die Antenne selbst nach Südwesten geneigt ist. Bei besserem Wetter könnte man das Experiment nochmal auf dem Balkon wiederholen wo der Rundumblick noch ein wenig freier ist.

Gruß
Schmidti

BTW: Ohne was zu verändern geht EGNOS SBAS manchmal wieder und manchmal wieder nicht. Liegt also nicht an mir.

Geändert von Schmidti am 17. November 2025 um 22:29

Hi Schmidti,

wow, das ganze Thema ist ja jetzt echt hoch wissenschaftlich geworden...

Aber vielen Dank für deine Mühen zur Darstellung und deine interessanten Ausführungen !

Andreas

Zitat:

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Original geschrieben von Andreas B.

Hi Schmidti,

wow, das ganze Thema ist ja jetzt echt hoch wissenschaftlich geworden...

Aber vielen Dank für deine Mühen zur Darstellung und deine interessanten Ausführungen !

Andreas

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Herzlichen Dank! Sowas macht mir halt Spaß und das Thema GPS musste ich eh nochmal komplett durchspielen.

Ich hab den Receiver nochmal laufen lassen und mal geguckt, wie sehr berechnete Position und Höhe schwanken. Für die Position ist das etwa +/-6,5m. Für die Höhe gibt es da schon einige Ausreißer und die RMS Streuung ist 9,5 Meter.Gar nicht mal so wenig...





Alles Gute

Schmidti

Oh man... ich glaube der Bahnhof steht links im Diagramm?

Zitat:

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Original geschrieben von Schmidti

Zitat:

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Original geschrieben von Andreas B.

Hi Schmidti,

wow, das ganze Thema ist ja jetzt echt hoch wissenschaftlich geworden...

Aber vielen Dank für deine Mühen zur Darstellung und deine interessanten Ausführungen !

Andreas

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Herzlichen Dank! Sowas macht mir halt Spaß und das Thema GPS musste ich eh nochmal komplett durchspielen.

Ich hab den Receiver nochmal laufen lassen und mal geguckt, wie sehr berechnete Position und Höhe schwanken. Für die Position ist das etwa +/-6,5m. Für die Höhe gibt es da schon einige Ausreißer und die RMS Streuung ist 9,5 Meter.Gar nicht mal so wenig...

%Bild1

%Bild2

Alles Gute

Schmidti

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Zitat:

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Original geschrieben von Schmidti

Moin!

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Vodoo ist HF nicht, sie hängt nur von vielen Randbedingungen ab, von denen man viele nicht unter Kontrolle hat...
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Das meine ich ja, die Parameter ändern sich schneller als man mit Anpassen hinterher kommt.
Auf dem Basteltisch funktioniert es, auf dem Acker nicht.
Ich habe einige Jahre mit UAVs gebastelt. Was man da erlebt, lässt einen das Vertrauen in GPS Empfang verlieren.
Achims Lora funktioniert als erste Gerät ohne Probleme und ist bisher noch nicht ausgestiegen.
Mein Verdacht ist, dass GPS Antennen ohne Speicherbatterie das Problem sind. Die Geräte mit finden sehr schnell den Fix, auch wenn man vor dem Einschalten die Position einige hundert km verändert.
Ohne kann es schon mal eine halbe Stunde brauchen bis sich das GPS orientiert hat. Mit dem Altusmetrum hatte ich auf dem RJD schon Probleme überhaut einen Fix zu erhalten.
Es wäre Spannend das weiter zu beobachten.

Ja, eine Puffer-Batterie ist definitiv ein Must-Have! Nicht nur, um zumindest die Almanach-Daten zu speichern, sondern auch damit die Real-Time Clock weiterläuft und der Receiver zumindest eine ungefähre Uhrzeit kennt. Module mit leerer oder kaputter Pufferbatterie sind schon fast wertlos.

Ich habe es hier mal ausprobiert:
- nach einem Hot Start habe ich in der Tat schon nach ein bis zwei Sekunden wieder einen guten fix
- bei einem Warm Start dauert es etwa 30 bis 60 Sekunden
- nach einem vollkommenen Cold Start benötigt mein Receiver hier unter guten Bedingungen 60 bis 120 Sekunden bis zum ersten fix, danach manchmal noch eine weitere Minute oder so bis man eine gute Genauigkeit hat. Aber wie gesagt, die Empfangsbedingungen hier sind auch ziemlich gut...

Schmidti

Sind das Batterien oder Akkus auf den Boards?