GNSS-Geräteentwicklung
Seit Gründung des GFZ werden GPS/GNSS-Beobachtungen im kontinuierlichen Betrieb als auch im Kampagnen-Modus durchgeführt. Anfangs wurden hierfür Standard-Notebooks oder -PCs für das Datenhandling genutzt, aber schon bald wurden die Systeme komplexer, um einen unterbrechungsfreien Betrieb sicherzustellen und um „Selbstheilung“ und Fernwartung zu ermöglichen. Die Entwicklungen der letzten 2 Dekaden sind:
tinyBlack (2020)
Der tinyBlack ist eine robuste, kostengünstige Einheit zur Aufzeichnung von GNSS Rohdaten. Er besteht aus einem Linux PC (Einplatinenrechner nach Industrienorm) und einem kostengünstigen oder geodätischen 2-Frequenz GNSS Receiver (Javad, Septentrio, Swiftnav Piksi, uBlox), der die Signale von GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou nutzt. Darüber hinaus enthält es eine 4-Kanal-Schalteinheit, die die Steuerung der Stromversorgung des internen GNSS-Empfängers und der drei Steckdosen ermöglicht.
Der tinyBlack eignet sich daher zur hochgenauen Bestimmung von Koordinaten (z. B. zur Überwachung von Dämmen oder Vulkanen), als Referenzstation (z.B. für Drohnen) im post-processing und zur Bestimmung des Wasserdampfgehaltes der Atmosphäre. Für die Szintillationsbeobachtung stehen erweiterte Modelle mit einer Aktualisierungsrate von bis zu 50 Hz zur Verfügung, dieser Typ eignet sich als Referenzstationsempfänger (CORS). Darüber hinaus ist auch eine reine PC-Version ohne GNSS-Empfänger erhältlich.
Die Entwicklung des tinyBlack führte zur Ausgründung der maRam UG (haftungsbeschränkt), www.maram-ug.de, wo es kontinuierlich verbessert und weiterentwickelt wird.
tinyPC/4 (2017)
Unser aktueller Standard-Referenzstationsaufbau tinyPC/4 ist eine Weiterentwicklung des tinyPC/3. Neben einem verbesserten GNSS-Empfänger (Javad TRE-3, Septentrio Asterx 4) mit GPS- / Glonass- / Galileo- / Beidou-Empfangsmöglichkeit enthält dieser Typ zwei redundante Einplatinencomputer sowie einen GSM/WAN/VPN-Router für redundante Datenanbindung.
Dieser Typ wurde auf Basis des tinyPC/2 entwickelt und verfügt ein JAVAD-OEM-GNSS-Board. Dieser GNSS Empfänger erlaubt die Aufzeichnung von GPS-, GLONASS- und Galileo-Signalen und war das kompakteste GNSS-Messsytem in der Sektion 1.1. Es ist weiterhin im Kampagnen-Betrieb in Einsatz, kann aber auch als Echtzeit-Referenzstation eingesetzt werden, wenn der Stromverbrauch ein kritisches Thema ist. Der Stromverbrauch der GNSS-Station vom Typ tinyPC/3 beträgt ca. 5 Watt. Dieser Typ wird erfolgreich z.B. am Toten Meer und, zusammen mit dem Alfred-Wegener-Institut, auf der Neumayer Station in der Antarktis eingesetzt und hat den dort herrschenden heißen, trockenen als auch den rauen arktischen Bedingungen seit nunmehr beinahe 10 Jahren getrotzt.
Nachfolgemodell: tinyBlack
Diese Hardware basiert auf einem Low-Power 3,5''-Einplatinencomputer mit einem 486 SX-Prozessor mit 300 MHz (tinyPC). Bald wurde dieser Prozessor durch einem 486 DX-Prozessor mit 800 Mhz (interner Bezeichnung: tinyPC/2) ersetzt, welcher mehr Rechenleistung bei gleichbleibendem Stromverbrauch ermöglicht. Eine interne 4-Kanal-Schalteinheit wurde entwickelt, um den Betrieb der angeschlossenen Geräte (wie Telemetrie, GNSS-Empfänger, Wetterstation) zu überwachen und um Hard-Resets zu ermöglichen. So wirkt der tinyPC als schaltbare Stromversorgung. Der gesamte Stromverbrauch beträgt nur 2,5 Watt. Mit einem Eingangsspannungsbereich von 8 bis 18 VDC ist der tinyPC ideal für Anwendungen, die mit Solarenergie/Brennstoff-Zelle gespeist werden. Es gibt auch eine Version mit einem erweiterten Eingangsspannungsbereich von 8 bis 36 VDC, um in 24-VDC-Stromversorgungsnetze integriert zu werden.
Alle Hardware-Elemente sind für Umgebungstemperaturen von -40 °C bis +85 °C spezifiziert. Diese Hardware wird beispielsweise im Rahmen des Integrated Plate Boundary Observatory Chile, TERENO (Deutschland) und ZAIAG (Kirgisien) eingesetzt.
Als Betriebssystem verwenden wir eine Standard-Debian-Linux-Distribution. Die GNSS-Stationssoftware läuft nativ auf dem System.
Nachfolgemodell: tinyBlack PC
Basierend auf einem 19''-Rack, bietet dieser Stationstyp eine kalte Redundanz aller Hardware-Einzelteile, ausgenommen der eigentlichen Sensoren (GNSS-Empfänger/Wetterstation). Es ist ein lüfterloses, passiv gekühltes System, das in einer Klimakammer bei Umgebungstemperaturen von -20 bis +40 °C getestet wurde. Es verfügt über eine USV, die eine Stromversorgung von mindestens 10 Stunden sicherstellt. Die Internet-Verbindung erfolgt über einen VPN-Router für eine sichere Datenübertragung und Fernmanagement-Funktionen. Die Gesamtstromaufnahme ist abhängig von der verwendeten Hardware und beträgt etwa 40 bis 80 Watt. Das GSS ist das Standardlayout für die Verwendung im globalen GNSS-Referenznetz des GFZ.
Nachfolgemodell: tinyPC/4
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