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Frank Schöttler: GPS-Empfängersystem zur Positionsbestimmung von Wettersonden

Frank Schöttler

GPS-Empfängersystem zur Positionsbestimmung von Wettersonden

Die Ortung von Radiosonden durch Radar oder andere bodengebundene Beobachtungsgeräte zur Ermittlung der Parameter Windgeschwindigkeit und Windrichtung ist gekennzeichnet durch die proportional zur Beobachtungsentfernung zunehmende Ungenauigkeit der Winkelbestimmung zwischen Bodenstation und Sonde.
Eine Eigenortung der Sonde mit gleichbleibender absoluter Ortungsgenauigkeit ist nur unter Verwendung des satellitengestützten GPS möglich. Ortungsempfänger für zivile Nutzer des militärisch motivierten Systems sind mittlerweile in der Schiff- und Luftfahrt weit verbreitet, so daß integrierte Schaltungen für Empfang und Verarbeitung kostengünstig zur Verfügung stehen.
Die Auslegung der Radiosonden als Verlusteinheiten bedingten jedoch eine extrem billige Lösung mit eingeschränktem Funktionsumfang zur Positionsbestimmung in der Radiosonde selbst. Gewählt wurde eine DGPS-Kombination mit Übertragung der Pseudolaufzeitinformation von fünf Satelliten über eine Telemetriestrecke mit 1200 Bd und eine Positionsberechnung unter Verwendung eines Referenzempfängers in einer fest installierten Beobachtungsstation.
Die Radiosonde enthält neben dem Telemetriesender einen integrierten Baustein für Empfang, Mischung und Verstärkung der Satellitenträger und einen digitalen Signalprozessor, der die Dekodierung und Verarbeitung der in Spread-Spectrum-Modulation vorliegenden Daten übernimmt.
In Kombination mit dem Referenzempfänger wurde eine absolute Ortungsgenauigkeit bezüglich der Beobachtungsstation von 80 m erreicht, wobei die notwendige Verteuerung der Sonde unter die marktwirtschaftlich berechnete Grenze gesenkt werden konnte.

The major disadvantage of locating radiosondes via radar or other ground based observation devices to measure wind direction and velocity is the decreasing accuracy of the observed angle in proportion to the increasing distance between ground station and radiosonde.
A self-locating radiosonde with constant absolute accuracy can only be achieved by using the satellite-based GPS. These locating devices were originally designed for military use, however today they can be found in commercially and privately used navigation systems. Therefore inexpensive integrated circuits for reception and evaluation of such data are now available on the market.
As radiosondes are prone to loss and damage, an inexpensive solution with limited functionality and performance is required. The chosen solution is a DGPS combination using a transmission of pseudorange data from five satellites via a telemetric link with 1200 Bd and a position calculation via a reference receiver in a fixed observation device.
The radiosonde contains a telemetric transmitter as well as a digital signal processor and integrated components to receive, mix and amplify the satellite carriers. The signal processor decodes and evaluates the data that are available in spread-spectrum-modulation.
In combination with the reference receiver an absolute location accuracy of 80 m was achieved. Furthermore, it was managed to keep the price of the radiosonde below the present value accepted by the market.

  • broschiert: 130 Seiten
    Format: 20,5 x 14,5
    ISBN 978-3-89675-102-7

    49,50 € (Preisbindung aufgehoben)

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