Lateration

Lateration
Trilateration in einer Ebene.

Lateration (lat. lateral = seitlich) oder Trilateration ist ein Messverfahren zur Positionsbestimmung eines Punktes. Während die Triangulation mit Winkelmessung arbeitet, beruht die Lateration auf Entfernungs- bzw. Abstandsmessungen.

Kennt man nur die Entfernung zu einem bekannten Punkt, so liegt der eigene Standort (bei ebener Betrachtung) auf einem Kreis, im 3D-Raum auf einer Kugelschale um diesen Punkt. Bei zwei bekannten Punkten ist der Standort auf den Schnittpunkten der beiden Kugelschalen, also auf einer Kreislinie. Die Abbildung veranschaulicht die Situation in einer Ebene. Die Punkte A und B haben den gleichen Abstand zu P1 und P2.

Terrestrische Vermessungen werden häufig in einer Modellebene vorgenommen und anschließend werden Korrekturen für die Höhe berücksichtigt.

Inhaltsverzeichnis

Trilateration und Multilateration

Häufig spricht man auch von Trilateration, da erst die Kenntnis der Entfernung zu drei bekannten Punkten eine eindeutige Bestimmung der Position im Raum ermöglicht. Zwar haben drei Kugelschalen zwei zueinander symmetrische Schnittpunkte, doch einer davon lässt sich meist durch Plausibilitätsüberlegungen ausschließen.

Mit den für große Entfernungen ausgelegten elektromagnetischen Entfernungsmessern für die Landesvermessung werden bei Entfernungen bis 100 km Streckengenauigkeiten im Dezimeterbereich erreicht. Die elektrooptischen Entfernungsmesser mit Reichweiten bis 60 km erzielen Genauigkeiten besser als +/- 1 mm/km.

Die Lateration hat in den 1960er Jahren die Triangulation als Hauptverfahren zur Dreiecksnetzmessung abgelöst, da auch Triangulation die Längenmessung einer Basis voraussetzt. Das Festpunktnetz der deutschen Landesvermessung wurde deshalb in den 1960er und 70er Jahren komplett neu vermessen und berechnet.

In den 1980er Jahren wurden Messverfahren zur Streckenbestimmung mit dem Satellitennavigations-Verfahren GPS entwickelt. Es werden keine Längen, sondern Laufzeiten der Funksignale gemessen. Die daraus abgeleiteten Entfernungen heißen Pseudostrecken. Stehen mehr als 3 Pseudostrecken zur Auswertung zur Verfügung, spricht man von Multilateration. Sie schließt Methoden (beispielsweise Kalman-Filterung) mit ein, fehlerbehaftete Messgrößen des überbestimmten Systems optimal zu reduzieren.

Kann der Empfänger seine Uhr nicht mit der des Senders synchronisieren, liegen mögliche Positionen nicht mehr auf Kugelschalen. Statt dessen misst der Beobachter Zeitdifferenzen zwischen den Signalen, die er von unterschiedlichen Sendern empfängt. Die Punkte gleicher Zeitdifferenzen liegen auf Hyperboloiden, ihre Schnittpunkte liefern die eigene Position. Häufig wird die Hyperbelnavigation als Multilateration bezeichnet.

Anwendungen im Freien

Anwendungen im Freien setzen meist auf das im Prinzipbild angegebene Zusammentreffen der drei Abstandsmaße in einem Bildpunkt in einer Ebene. Das allgemneine Messverfahren mit Satellitenstützung ist das GPS-System. Das trifft in der Physik nur mit Fehlern zu. Je kleiner die Fehler gehalten werden können, desto besser ist das Ergebnis verwendbar.

Der Fehlerhaushalt einer verwendungstauglichen Multilateration muss beispielsweise folgende Abweichungen berücksichtigen:

  • unterschiedliche Höhe der Referenzpunkte und des Zielpunktes: Kompensation ist durch n+1 Referenzpunkte auch im dreidimensionalen Raum zu erreichen
  • stochastische Fehler durch Messrauschen und Übertragungsrauschen, verschieden je nach Messverfahren: Kompensation ist durch längere Messzeit zu erreichen
  • systematische Fehler durch fehlende Kalibrierung eines Referenzsignals: Kompensation ist durch fortlaufende Kalibrierung erreichbar
  • geometrische Fehler durch Mehrfachreflektion: Kompensation durch Spurbildung mit wechselndem Fehlerbild und durch längere Messzeit
  • systematische Fehler durch fehlende Diskriminierung von Mehrwegausbreitung: Kompensation durch Spurbildung mit wechselndem Fehlerbild, besonders kurze Messsignale unterhalb der sekundären Laufwegverlängerung[1]
  • numerische Fehler durch endlich genaue Rechenmethode: Kompensation durch Überbestimmung und Ausgleichsrechnung
  • Messunsicherheit durch mehrere beteiligte Subsysteme: Kompensation teilweise durch bidirektionale Messung erreichbar[2]

Feldversuche unter anderen mit GPS zeigen, dass die Fehler für zwei verschiedene, benachbarte Orte nicht hinreichend gekoppelt sind, um den direkten Abstand mit mittelbarer Einzelmessung schnell zu bestimmen. Die direkte Messung in Sichtlinie sollte immer den kürzesten Abstand liefern. Eine Gewähr diesen kürzesten Abstand zu erkennen bietet nur ein (quasi-)optisches Messverfahren ohne Mehrwegeausbreitung.

Anwendungen in Gebäuden

Ähnliche Konzepte werden häufig für Aufgabenstellungen in Gebäuden angewendet. Dazu wird meist die funktechnische Sicht bei quasi-optischer Ausbreitung von Funkwellen auch durch leichte Materialien hindurch statt der unbehinderten optischen Sicht der Lichtausbreitung genutzt. Einfachste Lösungen messen dabei Pegel und keine Laufzeiten.

Der Fehlerhaushalt der Lösungen ist aufgrund der Dämpfungen in Wänden, aufgrund von Phasenauslöschungen und infolge von Mehrfachausbreitungen mit vielfältigen Reflexionen sehr komplex. Solange die Signalausbreitung gleichzeitig zur Datenübertragung und zur Messung genutzt wird, sind diese Störeffekte kaum zu beherrschen. Viele Lösungen werden daher ohne jede zuverlässig zu erreichende Genauigkeit beschrieben[3]. Nur im Nahbereich direkter Sicht ist der Fehlerhaushalt einfach zu beherrschen.

Siehe auch

Literatur

  • Wolfgang Torge: Geodäsie. de Gruyter, Berlin New York 2003, ISBN 3-11-017545-2
  • Hans Zetsche: Elektronische Entfernungsmessung. Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart 1979, ISBN 3-87919-127-1
  • Jürgen Bollmann und Wolf Günther Koch (Hrsg.): Lexikon der Kartographie und Geomatik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg Berlin 2001, ISBN 3-8274-1055-X

Einzelnachweise

  1. Ultra-WideBand, UWB
  2. Patente IEEE 802.15.4a CSS, Nanotron Messverfahren
  3. RSSI Messverfahren

Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Real-time locating — Articleissues confusing=July 2008 refimprove=May 2008 essay=May 2008: This page specifically concerns operational aspects of RTLS. For methodology issues see locating engine. For technology issues see wireless. According to ISO/IEC JTC1 SC31 and… …   Wikipedia

  • RTLS communications — Articleissues essay=July 2008 copyedit=May 2008 refimprove=August 2008RTLS communications is a special breed of wireless communicating with the aim to support locating wireless nodes not only topologically, but merely topographically outdoors or… …   Wikipedia

  • Simultaneous localization and mapping — A robot built by Technische Universität Darmstadt maps a maze using a LIDAR …   Wikipedia

  • Real-time locating standards — Articleissues copyedit=May 2008According to ISO/IEC FDIS 19762 5 [ [http://www.autoid.org/SC31/sc31.htm] (ISO Subcommittee SC31)] an RTLS (real time locating system) is a combination of hardware and software that is used to continuously determine …   Wikipedia

  • Unilateration — Articleissues essay=May 2008Unilateration is a special breed of RTLS, i.e. locating or positioning systems. Unilateration is a special simplification applied to Real time locating as a technology to observe a process from any distance. Unless… …   Wikipedia

  • Multilateration — is a navigation technique based on the measurement of the difference in distance to two or more stations at known locations that broadcast signals at known times. Unlike measurements of absolute distance or angle, measuring the difference in… …   Wikipedia

  • Automatic dependent surveillance-broadcast — (ADS B) is a cooperative surveillance technique for air traffic control and related applications. An ADS B out equipped aircraft determines its own position using a global navigation satellite system and periodically broadcasts this position and… …   Wikipedia

  • Eigenortsbestimmung — Die Positions oder Ortsbestimmung, auch Verortung oder Lokalisierung ist die Ermittlung des Ortes in Bezug zu einem gewissen Bezugspunkt (Bezugssystem). Ortsbestimmung im Speziellen ist die Bestimmung des eigenen Standortes, die Bestimmung der… …   Deutsch Wikipedia

  • Fremdortung — Die Positions oder Ortsbestimmung, auch Verortung oder Lokalisierung ist die Ermittlung des Ortes in Bezug zu einem gewissen Bezugspunkt (Bezugssystem). Ortsbestimmung im Speziellen ist die Bestimmung des eigenen Standortes, die Bestimmung der… …   Deutsch Wikipedia

  • Ortsbestimmung — Die Ortsbestimmung, Positionsbestimmung oder Verortung, auch Lokalisierung ist die Ermittlung des Ortes in Bezug zu einem gewissen Bezugspunkt (Bezugssystem). Ortsbestimmung im Speziellen ist die Bestimmung des eigenen Standortes, hingegen wird… …   Deutsch Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”