Auswertung Signalstärke
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Grundsätzliches
Die Auswertung der Signalstärke des GPS-Signals ist ein Novum bei Pocketnavigation. In bisherigen Tests habe ich mich bewusst mit der Auswertung der „Sats in Use“ begnügt. Allerdings erscheint mir das inzwischen zur Beurteilung der Qualität eines GPS nicht mehr ausreichend, aus folgendem Grund:
Eine höhere Anzahl an „Sats in Use“ bedeutet nicht zwingend eine bessere Empfangsqualität! Es gibt mehrere Faktoren, die letztendlich zu einer Positionsberechnung erforderlich sind.
Zunächst muss das ohnehin extrem schwache Signal des GPS-Satelliten mit möglichst hohem Pegel empfangen werden. Hierzu ist einfach eine „gute“ Antenne erforderlich, die einen maximal hohen Rauschspannungsabstand liefert.
Diesen Wert kann man indirekt aus dem NMEA-Protokoll (GSV) herauslesen. Aus dem dort enthaltene Wert in (dB) für die Signalstärke kann auf die Qualität der Antenne rückgeschlossen werden.
Im Klartext: Ein GPS mit besserer Antenne wird für den gleichen Satelliten an gleicher Stelle zu gleicher Zeit einen höheren Signalwert liefern.
Aber egal, wie gut oder schlecht das Signal ist, es obliegt dem Chipsatz der Maus, was mit diesem Signal passiert. Der Empfänger entscheidet, bis zu welchem Pegel das Signal überhaupt für eine Positionsberechnung herangezogen wird. Dies kann man bei manchen Empfängern sogar über die sogenannte Power-Mask festlegen.
Es ist eine Gratwanderung: Einerseits sollte das Signal möglichst lange verwertet werden, um Satabriss zu vermeiden, andererseits kann aus einem zu schwachen Signal keine vernünftige Ortsbestimmung mehr berechnet werden.
Zuguterletzt sind natürlich die DOP-Werte für die Positionsbestimmung wichtig. Vereinfacht ausgedrückt muss der Chip entscheiden, welchen der erkannten Satelliten er für die Berechnung verwendet. Da GPS auf Triangulation basiert, würde es keinen Sinn machen, 4 Satelliten zu verwenden, die zwar sehr gute Pegel liefern, aber vom Betrachter aus in einer Reihe stehen.
Ausserdem werden zu tief stehende Satelliten ausgeblendet (auch wenn sie gute Pegel liefern), da deren Signal-Laufzeit durch die Ionisphäre verfälscht wird. Dieser Ausblendwinkel lässt sich bei manchen Empfängern durch die Elevation-Maske einstellen.
Das Bild links oben veranschaulicht das gut: Der rote Satellit (29) wird vom Empfänger nicht gesehen. Der blaue (23) wird gesehen, und zwar mit erstaunlich hoher Signalstärke (42). Trotzdem wird er aufgrund seiner dicht über dem Horizont stehenden Position nicht für die Sats in Use verwendet, deshalb blau. Grund ist die angesprochene Verfälschung durch die Ionosphäre, die so dicht über dem Horizont einfach zu stark ist.
Aus den genannten Gründen verzichte ich auf eine Auswertung der Sats in Use, zumal moderne hochempfindliche Empfänger sowieso aus so einer Betrachtung ausgeklammert werden müsste. Der uNav-Chip wird mit ähnlichen Empfangsleistungen wie XTrack beworben, und tatsächlich zeigt die Auswertung weiter unten, daß auch uNav wesentlich schwächere Signale verwendet als ein Standard-Empfänger. Ein solcher Chip zeigt also fast immer mehr Sats in Use als ein konventioneller Empfänger.
Im folgenden Abschnitt werden die Navpilot II und die RBT 3000 auf ihre Signalstärke, also die Antennenqualität, verglichen:
Testmethode
Diese Auswertung wurde mit dem Excel-Makro GPSLog durchgeführt, einem Tool, das Forenmitglied karomue entwickelt hat. Er hat während der Testerstellung viel an diesem Tool für mich optimiert, dafür herzlichen Dank!
GPSLog überträgt im Prinzip mittels eines Makros die Texteinträge im NMEA-File in eine Excel-Datei und sortiert jeden Wert in eine einzelne Zelle.
Die Arbeit für Auswertungen wie z. Bsp. die Signalstärke in der GSV-Zeile wird so auf einen Bruchteil reduziert. Hätte ich diese Arbeit von Hand machen müssen, wäre der Bericht zum Zeitpunkt der Veöffentlichung noch nicht fertig gewesen. Auch für GPSLog gilt: Wer sich für die Auswertung von Tracks und Logfiles interessiert, kommt an dieser Software nicht vorbei.
Für die Auswertung wurden die gleichen Logfiles verwendet wie im vorigen Abschnitt „Auswertung Positionsgenauigkeit“. Ich habe alle Sats ausgewertet, die über einen definierten Zeitraum bei jedem Empfänger ein Signal geliefert haben. Dabei ist es nicht relevant, ob der Sat „in Use“ ist, denn dies ist wie weiter oben beschrieben kein Antennenthema, sondern eine Entscheidung des Chipsatzes.
Von diesen Sats wurde jeweils der Mittelwert gebildet, im zweiten Schritt wurde dann über alle empfangenen Sats ein Mittelwert gebildet. Dieses Verfahren habe ich sowohl für schlechte Empfangsbedingungen (H-DOP größer 5) als auch für gute Bedingungen (H-DOP kleiner 1,5) durchgeführt.
Auswertung Signalstärke Teil 1
Schauen wir uns die Signalstärke unter schlechten Empfangsbedingungen an (H-DOP größer 5).
Das Ergebnis ist im folgenden Bild ersichtlich: Von den 11 Sats in View lieferten 5 Sats bei beiden Empfängern ein durchgehendes Signal (3, 15, 18, 19, 22). Diese Satelliten wurden für die Auswertung verwendet.
Es zeigt sich praktisch Gleichstand: die RBT 3000 mit 41,2 dB, gefolgt von der NavPilot II mit 41,1 dB).
NavPilot II RBT 3000
Auswertung Signalstärke Teil 2
Bei guten Empfangsbedingungen (H-DOP kleiner 1,5) ergibt sich ein leicht verändertes Bild.
Von den 11 Sats in View lieferten 6 Sats bei beiden Empfängern ein durchgehendes Signal (3, 15, 16, 18, 19, 22). Diese Satelliten wurden für die Auswertung verwendet.
Diesmal ein minimal größerer Unterschied: RBT 3000 (41,3 dB), knapp dahinter die NavPilot II (40,8 dB)
NavPilot II RBT 3000
Fazit Signalstärke
Auffällig ist zunächst, daß die NavPilot II bei HDOP 1,5 (also besseren Empfangsbedingungen) den niedrigeren Wert liefert als bei schlechteren (HDOP 5,5) Bedingungen. Ein genauerer Blick auf die Excel-Analyse zeigt schnell den Grund: Insbesondere der 15-er und der 18-er Satellit werden von der NavPilot II schlechter empfangen als von der RBT 3000, diese zwei Sats ziehen den Schnitt für die NavPilot II etwas runter.
In der folgenden Grafik sind einfach die Werte aus den bisherigen Tabellen zusammengefasst. Bildet man hier noch den Mittelwert aus guten und schlechten Empfangsbedingungen, erhalten wir diese Reihenfolge:
1) RBT 3000 (41,25 dB)
2) NavPilot II (40,94 dB)
Die Unterschiede in diesen Werten sind schwierig bezüglich ihrer praktischen Auswirkung zu bewerten, aber absolut gesehen sind es sehr gute Empfangswerte. Auch mit verschiedenen anderen Empfängern, unter anderem der GNS 9810, bin ich unter vergleichbaren Bedingungen bisher nicht auf höhere Werte gekommen.
In der physikalischen Empfangsleistung liegt die NavPilot II auf jeden Fall nahe an der Referenz und kann als sehr gut bezeichnet werden.
