Was kann man noch mit einem GPS Empfänger anstellen wenn einem langweilig ist? Neben Geocaching, Trampeln von Kornkreisen und dem
Malen von Comics in die Landschaft kann man ein GPS auch dazu missbrauchen, die umgebende Landschaft als Schattenriß
im Licht der GPS-Satelliten abzubilden. Diese Idee hat schon mal jemand gehabt. Ich kann hier ein 'Do it yourself!'-
Programm für jeden
zum Download anbieten, der ein GPS mit NMEA-Ausgang hat.
Um die eigene Position berechnen zu können muss ein GPS-Empfänger zwangsläufig die Position der Satelliten auf ihrer Bahn mindestens so gut kennen, wie die eigene
Position genau bestimmt werden soll. Der GPS Empfänger bestimmt nebenbei auch, mit welcher Signalstärke die einzelnen Satelliten empfangen werden. Diese beiden Zutaten
reichen, um passiv die Umgebung im 'Licht' der Satelliten abzubilden. Die Absorption, Reflektion und Beugung der Mikrowellen durch Objekte zwischen Satellit und Empfänger
erlaubt einen Blick mit 'hyperspectral vision'.
Die meisten GPS-Geräte bieten einen seriellen Ausgang, der Daten im sog. NMEA-Format an externe Computer liefern kann. In der Fülle der Informationen die zyklisch über
NMEA vom GPS-Empfänger versendet werden ist auch eine Liste der aktuell am Himmel sichtbaren Satelliten (GPGSV sentence) und die jeweilige Empfangsstärke (SNR-Signal/Noise Ratio).
Ich habe hier in Delphi ein Programm gestrickt, das einen solchen NMEA-Datenstrom empfangen und auswerten kann. Also: zum Experimentieren mit diesem Programm den Empfänger vom
evtl. herstellerspezifischen Kommunikationsformat auf NMEA (4.8kBaud, 8bit, no parity, one stopbit) schalten.
Der übermittelte Wertebereich des SNR ist sicherlich für diverse GPS-Geräte unterschiedlich. Mein etrex Vista liefert bei Empfang immer Werte zwischen 34 und 51 oder
0 wenn kein Empfang möglich ist. Um die Grauwerte trotz dieses Sprungs glatt zu erhalten, subtrahiere ich 30 von allen Werten (außer Null). Wer möchte kann mir ja mal
Auschnitte aus NMEA-Logs anderer Geräte schicken, damit ich den möglichen Wertebereich kennenlerne.
So z.B sieht das Panorama vom Blickwinkel meines Balkongeländers aus, auf das ich für die Spielerei mein GPS gelegt habe.
Wenn ich mein Programm für etwa 2 Tage den Zug der Satelliten aufzeichnen lasse, ergibt das dieses entsprechende Bild:
Die Ausrichtungen der Bilder entsprechen sich recht gut, der vertikale Winkelbereich des klassischen Panoramas ist aber wesentlich kleiner. Das GPS-Bild hat in der Horizontalen
360 Pixel für den Azimuth-Winkel und in der Vertikalen 90 Pixel für den Elevations-Winkel in ebenfalls 1° Auflösung. Links und rechts ist Norden, dort gehört
das Panorama 'zusammengeklebt'. Die Reihenfolge der Himmelsrichtungen von links nach rechts ist also N-O-S-W-N. Die Bahnen der Satelliten beginnen generell erst 5° über dem
Horizont, das ist eine willkürliche Schwelle des Empfängers um die zunehmende Laufzeit-Unsicherheit bei einem langen Weg durch die Athmosphäre zu umgehen.
Die Horizontlinie und die 5° Linie habe ich auch in das klassische Panorama gezeichnet.
Über das NMEA-Protokoll wird die Position der
Satelliten nur mit diesen 1° Auflösung übertragen, für höhere Auflösung könnte ich in Zukunft die Positionen noch interpolieren oder aus den Bahndaten
direkt ausrechnen.
Um das Bild etwas gefälliger aussehen zu lassen, habe ich eine Interpolation eingebaut, die ein lochfreies Graustufenbild liefert.
Ich empfehle, den Empfang von WAAS/EGNOS abzustellen, da sonst zwei helle Punkte das Bild stören.
Ich würde mich freuen, wenn ich interessante Bilder von den Sehenswürdigkeiten der Welt oder aus technischer Sicht interessante Bilder zugeschickt bekommen würde,
die ich dann gerne hier präsentiere. Wie sehen der Eiffelturm, Taipeh 101 oder die Holzbalken im Dachstuhl als GPS-Schattenriß aus?
Noch ein Beispiel:
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Wenn ein GPS mit den wie oben aufgeschriebenen RS232-Parametern an COM1 angesteckt wird, ist das Programm sofort empfangsbereit. Steckt das GPS an einem anderen oder virtuellen (ungetestet)
Port kann man die Schnittstelle oben links auswählen. Bei Empfang werden unter 'characters received' Zahlen >0 angezeigt. Zum Sparen von ein wenig Rechenzeit
(Laufzeit vom Notebook) kann man das Updaten der Bilder abschalten. Für gewollte Unterbrechungen des Empfangs, z.B. beim Einrichten des GPS kann man mit dem Entfernen eines
Häkchens die Auswertung des NMEA-Streams abschalten. Mit 'log to disk' kann ein Protokoll der GPGSV-Sentences erstellt werden. Der skyview links zeigt die Position der Satelliten und darunter die aktuelle Empfangsstärke ähnlich wie es die GPS-Handhelds tun. Die oberste Grafik rechts zeigt die Abdeckung des Panoramas mit Satellitenspuren und die Anzahl der GPGSV-Meldungen, die in die Mittelung eigegangen sind. Die aktuellen Positionen der sichtbaren Satelliten werden als rote Punkte dargestellt. Die zweite Grafik zeigt die gemittelte Empfangsstärke an allen Punkten des Himmels, die schon einmal von einem Satelliten besucht wurden. Wie oben beschrieben wird die Unstetigkeit in den Empfangsstärken glattgebügelt. Die Interpolation der Werte zwischen den Spuren ist leider so rechenintensiv, dass sie nicht ständig automatisch mitlaufen kann. Es ist der entsprechende Button dafür anzuclicken und die Berechnung kann bis in den Minutenbereich dauern. Derzeit ist es nur eine mit dem Abstand (hoch -3) gewichtete Mittelung mit einer willkürlichen cut-off-Entfernung. Als Abstand wird der Kreisbogen auf der (Halb-)Kugeloberfläche benutzt. Die kleine quadratische Grafik darunter ist wieder ein skyview, also eine Art Blick von oben auf die Scene. Unter dem Menüpunkt 'file' kann man die Bilder speichern aber auch die Rohdaten speichern und laden, um die Acqisition abbrechen und zu anderer Zeit fortsetzen zu können. Unter 'action' kann man die bisher acqirierten Daten löschen um mit einem 'weißen Blatt' neu zu beginnen. |
