ESP32 precision GPS receiver (incl. RTK-GPS Tutorial). How to earn money with it (DePIN)
Summary
TLDRIn diesem Video geht es um die Genauigkeit von GPS-Systemen und wie man mithilfe von Technologien wie RTK (Real-Time Kinematics) die Positionierung auf Zentimetergenauigkeit steigern kann. Der Sprecher erklärt, wie man mit einem DIY-ESP32-Basenstation und einem globalen Netzwerk eine solche Präzision erreichen kann und wie man dadurch sogar Geld verdienen kann. Er führt durch die Geschichte des GPS, erklärt die Funktionsweise von GNSS (Global Navigation Satellite System) und wie man durch die Verwendung von RTK die Positionierung auf Zentimetergenauigkeit verbessern kann. Zusätzlich wird gezeigt, wie man eine Basenstation aufbauen kann, die zur Verbesserung der GPS-Genauigkeit beitragen kann und wie man durch die Teilnahme an DePIN-Netzwerken (dezentralisierte physische Infrastrukturnetze) potenziell Einnahmen generieren kann.
Takeaways
- 🚀 GPS-Technologie ermöglicht es, die Position auf der ganzen Welt mit einer Genauigkeit von bis zu einem Zentimeter zu bestimmen.
- 🛰️ GPS-Satelliten senden Signale mit einer极高 precision, die es ermöglichen, die Distanz zu messen und die Position zu berechnen.
- 📡 Um maximale Präzision zu erreichen, müssen GPS-Empfänger die Phase des Trägersignals messen und Echtzeit-Differenzen berücksichtigen.
- 🔍 Für eine Genauigkeit von Zentimetern ist es notwendig, Störungen durch den Ionosphäre zu korrigieren und die Positionsfehler der Satelliten auf Zentimeter genau zu kompensieren.
- 🤖 Der ESP32-Chip ermöglicht die Verbindung zu globalen Netzwerken und kann zur Verbesserung der GPS-Präzision genutzt werden.
- 💰 Es ist möglich, durch den Aufbau eines eigenen Basisstations und der Verbindung zu einem globalen Netzwerk Geld zu verdienen.
- 🌐 Die Global Navigation Satellite System (GNSS) ist ein Netzwerk von Satellitensystemen, die von verschiedenen Ländern wie den USA, China, Europa und Russland betrieben werden.
- ⏱️ GPS-Satelliten besitzen eingebaute Atomuhren, die regelmäßig durch Bodenstationen synchronisiert werden, um Zeitfehler zu vermeiden.
- 📶 Für die Positionsbestimmung ist es erforderlich, mindestens vier Satelliten zu empfangen, von denen drei für die räumliche Positionierung und einer zur Zeitkorrektur des Empfängers genutzt werden.
- 🔄 Die sogenannte Real-Time Kinematic (RTK)-Technologie ermöglicht es, die Position mit höherer Präzision zu bestimmen, indem man die Phasen der GPS-Signale misst und Korrekturen von einer Basisstation erhält.
- 🌟 DePIN-Firmen wie Onocoy bieten die Möglichkeit, eigene Basisstationen aufzubauen und für die Bereitstellung von RTK-Korrekturdaten mit Kryptowährungen bezahlt zu werden.
Q & A
Wie ist es möglich, mit einem ESP32 und einem GPS-Empfänger die Position auf der ganzen Welt bis zu einem Zentimeter genau zu bestimmen?
-Es ist möglich, indem man ein eigenes Basisstationen-Netz aufbaut und es mit einem globalen Netzwerk verbindet. Dies ermöglicht eine verbesserte Genauigkeit durch die Verwendung von RTK-Technologie (Real-Time Kinematics), die die Phase des Trägersignals misst und Echtzeit-Differenzen zwischen der exakten Position und dem Signal berücksichtigt.
Was ist GNSS und wie funktioniert es?
-GNSS steht für Global Navigation Satellite System und ist ein Zusammenschluss von Satellitennavigationssystemen wie GPS, GLONASS, Galileo und Beidou. Es funktioniert, indem ein GPS-Empfänger die Distanz zu mindestens vier Satelliten misst, indem er die Zeit der Signale misst. Die Position der Satelliten wird durch das sogenannte 'Almanac' im pseudo-zufälligen Code übertragen.
Wie können GPS-Signale, die über 20.000 km durch den Raum reisen, schwach sein und dennoch dekodiert werden?
-Ja, die Signale sind schwach, aber durch das sogenannte 'cross-correlation'-Verfahren können GPS-Empfänger die Signale dekodieren. Dies geschieht, indem der Empfänger die empfangenen Signale mit bekannten, pseudo-zufälligen Mustern vergleicht, was zu einem Peak führt, wenn das Signalmuster mit dem Code eines Satelliten übereinstimmt.
Was ist die Bedeutung von RTK (Real-Time Kinematics) in Bezug auf die Genauigkeit von GPS?
-RTK ist ein Verfahren, das die Genauigkeit von GPS erhöht, indem es die Phase des Trägersignals misst und Echtzeit-Differenzen zwischen der exakten Position und dem Signal berücksichtigt. Es ermöglicht die Bestimmung der Position mit einer Genauigkeit von bis zu einem Zentimeter.
Wie kann man mit RTK-Technologie Geld verdienen?
-Man kann Geld verdienen, indem man eine Basisstation aufbaut und sie mit einem globalen Netzwerk wie Onocoy verbindet, das als DePIN-Firma (dezentralisierte physische Infrastrukturnetz) fungiert. Diese Firmen zahlen die Inhaber der Infrastruktur mit ihrer eigenen Kryptowährung für die Bereitstellung von RTK-Korrekturdaten.
Was sind die Hauptprobleme, die gelöst werden müssen, um die Genauigkeit von GPS auf Zentimeter-Genauigkeit zu erhöhen?
-Um die Genauigkeit auf Zentimeter zu erhöhen, müssen folgende Probleme gelöst werden: 1) Die Fähigkeit, die Signallaufzeit bis zur Pikosekunde zu messen; 2) Die Kompensation von Positionsfehlern der Satelliten bis zur Zentimeter; 3) Berücksichtigung von Zeitverzögerungen durch die Ionosphäre; 4) Korrektur weiterer kleinerer Fehler im gesamten System.
Wie wichtig sind die internen Uhren der GPS-Satelliten für die genaue Positionsbestimmung?
-Die internen Uhren der GPS-Satelliten sind von entscheidender Bedeutung, da sie die exakte Synchronisation der Zeit sicherstellen, die für die Messung der Distanz zwischen Satelliten und Empfänger notwendig ist. Eine Verzögerung von nur einem Nanosekunde würde bereits zu einer Fehler von 30 Metern führen.
Was ist der Unterschied zwischen einem Basisstation und einem Rover im RTK-System?
-Eine Basisstation ist ein festgelegter Empfänger mit exakt bekannter Position, der die Phase des GPS-Signals misst und die Korrekturdaten generiert. Ein Rover ist ein mobiler Empfänger, dessen Position unbekannt ist. Er erhält die Korrekturdaten von der Basisstation und kann so seine genaue Position bestimmen.
Wie weit entfernt können sich Basisstationen und Rover im RTK-System sein, um noch einen RTK-Fix zu erhalten?
-Im RTK-System sollten sich Basisstationen und Rover maximal 20 km voneinander entfernt sein, um einen RTK-Fix zu erhalten und somit eine Genauigkeit von bis zu einem Zentimeter zu erreichen.
Welche vier typischen Szenarien gibt es für die Übertragung der Korrektursignale vom Basisstation zum Rover?
-Die vier typischen Szenarien sind: 1) Direkt mit einem Sender an der Basisstation und einem Empfänger am Rover; 2) Über das Internet, wobei die Basisstation die Korrekturdaten an eine Plattform sendet und der Rover eine gültige Korrektur erhält; 3) Über mobile Netzwerke, wobei professionelle Dienste verfügbar sind, die jedoch teuer sind; 4) Über Satelliten, wobei Unternehmen wie u-blox weltweit viele Basisstationen betreiben und ihre Signale mathematisch verarbeiten, um eine Genauigkeit von unter einem Meter zu erreichen.
Was sind die Vorteile von DePIN-Firmen wie Onocoy im Vergleich zu herkömmlichen kommerziellen Diensten?
-DePIN-Firmen wie Onocoy bieten folgende Vorteile: 1) Sie ermöglichen es Makern, ihre eigene Hardware zu erstellen und verkaufen keine überteuerten 'Miner'; 2) Sie bieten niedrigere Preise für die Daten, da sie auf Crowdfunding basieren und die Inhaber der Infrastruktur mit ihrer eigenen Kryptowährung bezahlen, anstatt mit echtem Geld.
Wie kann man eine Basisstation für RTK-Dienste bauen?
-Um eine Basisstation zu bauen, benötigt man: - Eine spezielle Antenne für alle GPS-Bänder; - Ein RTK-Empfänger für alle Bänder; - Ein ESP32; - Software zum Lesen des Empfängers und Senden der Korrektursignale an den Dienst. Man kann diese Komponenten verbinden, die Software laden und die restlichen Konfigurationen vornehmen.
Outlines
😀 GPS-Genauigkeit auf Zentimeter-Ebene
Der erste Absatz beschreibt, wie man mit einem ESP32 und einem GPS-Empfänger die Position auf der ganzen Welt mit Zentimeter-Genauigkeit bestimmen kann. Es wird betont, dass dies nicht nur für Militärzwecke, sondern für jeden möglich ist und man sogar Geld verdienen kann, indem man eine eigene Basisstation baut und sie in ein globales Netzwerk einbindet. Der Sprecher teilt seine Begeisterung für diese neue Technologie mit und lädt die Zuschauer ein, sich das Verständnis dafür anzueignen. Er erinnert auch an die Entwicklung der GPS-Technologie und wie sie sich seit den 1970er Jahren entwickelt hat, wobei er seine erste GPS-Einheit erwähnt, die er 1995 bekam.
🔍 Funktionsweise des GNSS und Herausforderungen
In diesem Absatz wird erläutert, wie das Global Navigation Satellite System (GNSS) funktioniert, wobei der Fokus auf der GPS-Technologie liegt. Es wird betont, dass Licht und Radiowellen in einer Nanosekunde 30 cm und in einem Mikrosekund 300 Meter zurücklegen können. Um die Distanz mit einer Genauigkeit von 3 Metern zu messen, muss die Zeit mit einer Genauigkeit von 10 Nanosekunden gemessen werden. Die Herausforderungen, die Ingenieure in den 1970er Jahren lösen mussten, waren die Dekodierung sehr schwacher Signale und die Unterscheidung der Signale verschiedener Satelliten auf derselben Frequenz. Der Absatz erklärt auch, wie die Signale mit Hilfe von Pseudo-Zufallsmustern identifiziert werden.
📡 RTK-Technologie für noch präziseres GPS
Der dritte Absatz behandelt die Real-Time Kinematic (RTK) Technologie, die es ermöglicht, die Positionsgenauigkeit von GPS auf Zentimeter-Ebene zu erhöhen. Es wird erklärt, dass für die Bestimmung einer dreidimensionalen Position die Entfernungen zu mindestens drei Satelliten und deren genaue Positionen benötigt werden. Der Trick mit der ungenauen Uhr des Empfängers besteht darin, das Signal eines vierten Satellitens zu verwenden, um die genaue Zeit zu berechnen. Der Absatz diskutiert auch die Herausforderungen, die gelöst werden müssen, um eine solche Genauigkeit zu erreichen, einschließlich der Messung der Signallaufzeit in Pikoseconden und der Kompensation von Satellitenpositionen auf Zentimeter-Ebene.
🚀 Erstellung eines RTK-Rovers und kommerzielle Anwendungen
In diesem Absatz wird gezeigt, wie man einen RTK-fähigen GPS-Empfänger und einen ESP32 verwendet, um einen Rover zu bauen, der in der Lage ist, präzise GPS-Daten zu erhalten. Es wird auch erläutert, wie man einen Base-Station baut, der RTK-Korrekturdaten an andere Geräte senden kann. Der Sprecher beschreibt verschiedene Szenarien, wie die Korrektursignale von der Basis an den Rover übertragen werden können, einschließlich direkter Übertragung, über das Internet, mobile Netzwerke oder via Satelliten. Er teilt auch mit, dass er seine eigene Basisstation gebaut hat, die an RTK2GO angeschlossen ist, und zeigt, wie die Genauigkeit der Positionierung mit RTK verbessert wird.
💰 DePINs und die Möglichkeit, mit RTK Geld zu verdienen
Der vierte Absatz konzentriert sich auf die Möglichkeit, Geld mit RTK-Technologie zu verdienen, indem man eine Basisstation baut und sie an ein Dezentralisiertes physisches Infrastrukturnetz (DePIN) wie Onocoy anschließt. Der Sprecher erklärt, wie DePINs funktionieren, indem sie Kryptowährungen nutzen, um die Inhaber der Infrastruktur zu bezahlen, bis sie von Kunden bezahlt werden. Er diskutiert auch die Vorteile von Onocoy, einschließlich der Tatsache, dass es Makern erlaubt, ihre eigene Hardware zu erstellen, und nicht überteuerte 'Miner' verkauft. Der Sprecher teilt seine Erfahrungen mit dem Bau einer Basisstation und wie man sie mit dem ESP32 und der entsprechenden Software betreiben kann.
🔗 Zusammenfassung und Ausblick
Der letzte Absatz fasst die wichtigsten Punkte des Videos zusammen. Es wird betont, dass GPS extrem präzise und synchronisierte Zeitsignale benötigt, um die Entfernung zwischen Satelliten und Empfänger zu messen, und dass mindestens vier Satelliten benötigt werden. Es wird auch erläutert, wie die Phase des Trägersignals gemessen wird, um die Genauigkeit auf Zentimeter-Ebene zu erhöhen. Der Sprecher teilt mit, dass er eine Basisstation gebaut hat und sie an Onocoy angeschlossen hat, um an einem globalen Netzwerk von Basisstationen teilzunehmen und für seine Dienstleistungen in Kryptowährung bezahlt zu werden. Abschließend bedankt er sich bei den Zuschauern und bittet um Unterstützung des Kanals.
Mindmap
Keywords
💡ESP32
💡GPS-Empfänger
💡RTK (Real-Time Kinematics)
💡DePIN (Dezentralisierte physische Infrastrukturnetzwerke)
💡Zeitsynchronisation
💡Ionosphäre
💡Korrektursignal
💡Onocoy
💡Zentimetergenauigkeit
💡GNSS (Global Navigation Satellite System)
💡Kryptowährung
Highlights
Möglichkeit, Standorte mit Zentimetergenauigkeit global zu bestimmen, nicht nur für Militär, sondern für alle.
Verdienen Sie Geld, indem Sie Ihre eigene Basisstation bauen und sich einem globalen Netzwerk anschließen.
Verwendung eines ESP32 und eines anständigen GPS-Empfängermoduls für die Technologie.
Verständnis der Technologie, die es ermöglicht, die Distanz zu schnell bewegten Satelliten zu messen und die genaue Position zu berechnen.
Erweiterung der Standard-GPS-Technologie durch das DIY ESP32 Basisstation und globale Netzwerkverbindung.
Grundlagen des GPS, entwickelt in den 1970er Jahren und seit den 1980er Jahren implementiert.
Globales Navigationssatellitensystem (GNSS) als Sammelbezeichnung für ähnliche Systeme verschiedener Länder.
Die Bedeutung der exakten Zeitmessung in Nanosekunden für die Genauigkeit der Distanzmessung.
Die Herausforderung, schwache Signale über 20.000 km durch Weltraum zu dekodieren und voneinander zu unterscheiden.
Die Verwendung von Pseudo-Zufallsmuster, um Signale von Satelliten zu identifizieren und ihre präzise Zeit zu bestimmen.
Die Notwendigkeit von Atomuhren in Satelliten und GPS-Empfängermodulen für die Zeitsynchronisation.
Die Verwendung des Signals eines vierten Satelliten, um die genaue Zeit zu berechnen und so die Positionsgenauigkeit zu erhöhen.
Das Konzept der echten Echtzeitkinematographie (RTK) zur Lösung von Genauigkeitsproblemen und zur Bestimmung der exakten Position.
Vier typische Szenarien für die Übertragung der Korrektursignale von der Basisstation zum Rover.
Die Möglichkeit, durch das Bauen einer eigenen Basisstation und deren Anschluss an ein DePIN-Unternehmen wie Onocoy, Kryptowährung zu verdienen.
Die DePIN-Industrie als innovative Finanzierungsmethode für physische Infrastrukturnetze durch Crowdfunding und Kryptowährungen.
Die Schritte und Komponenten, die benötigt werden, um eine eigene Basisstation zu bauen und sie mit einem globalen Netzwerk zu verbinden.
Die potenzielle Rendite durch die Nutzung von RTK-Technologie und die Herausforderungen bei der Genauigkeitssteigerung.
Die Bedeutung der GPS-Technologie für die Zivilisation, einschließlich der Synchronisation von Uhren und der Integration in zellulare Türme.
Transcripts
Determine your location to the centimeter around the globe? For everybody, not only for
the military? Only with an ESP32 and a decent GPS receiver module? Not possible! Wrong,
it is possible. You can even earn some money by building your own base station and connecting it
to a global network! When I got this board from Michael, a viewer of this channel,
I was hooked on the idea of trying and understanding this relatively new technology. What
about you? Interested, too? Then, follow along. Grüezi YouTubers. Here is the guy with the Swiss
accent. With a new episode and fresh ideas around sensors and microcontrollers. Remember: If you
subscribe, you will always sit in the first row. By the end of this video, you'll have a clear
understanding of how it's possible to measure the distance to fast-moving satellites more than
20,000 kilometers away and use that information to calculate your exact position. You'll also
see how this technology enhances standard GPS. To demonstrate, we'll use my DIY ESP32 base station,
connect it to a global network, and see if it can really deliver centimeter precision. And finally,
learn what DePINs are and how you can earn money with this technology. This isn't just about the
technology, it's about the practical applications and the potential it holds for us all.
GPS was invented in the 1970s and implemented from the 1980s on. In 1995, I had my first
Garmin handheld GPS receiver for pilots. It was mind-boggling because from now on, I always
knew where I was and where the forbidden zones started. A big stress reliever! The accuracy of
this degraded non-military system was around 100 meters. Useful for pilots because they use wide
“airways”, but not yet for car drivers. After the gulf war, the US military stopped the artificial
degradation of the GPS signals and so improved its accuracy. I strongly suggest reading or listening
to “You Are Here” if you are interested in how it all began. Other nations like the Chinese,
the Europeans, and the Russians started to build their own “GPS” systems. Together, they are called
“Global Navigation Satellite System”, short GNSS. How does GNSS work? I will use GPS to explain it.
The most important fact is: In one microsecond, light and also radio waves travel about 300
meters and 30 cm in one nanosecond. If we want to measure the distance with
a precision of 3 meters, we have to be able to measure time with a precision of 10 nanoseconds,
and if we want to measure 3 cm, we need to get to a precision of 100
picoseconds. Not bad. Keep in mind: These satellites are 20’000km away,
move at high speed, and have to have exactly the same synchronized time. At first glance,
this seems to be impossible! But let’s see how they managed to make it work.
To determine its position, a GPS receiver needs to calculate the distance to at least four satellites
by measuring the timing of the signals. For that, it listens to 1575.42MHz or L1, where
all GPS satellites transmit their signals. In the meantime, other frequencies were added, mainly L2
at 1227.6MHz and L5 at 1176.45MHz. The engineers back in the 1970s had to solve two main problems:
1. How to decode very weak signals traveling 20’000 km through space?
2. How to distinguish between signals of different satellites on the same frequency?
Let’s monitor these three frequencies with a Spectran SDR receiver. All contain more or
less random noise with no visible carriers. Interesting! If I connect the same antenna
to a proper GNSS receiver module, it shows my position. Obviously, there are “hidden” signals
on these frequencies. How does this work? Back then, they decided that each satellite
transmits its own “pseudo-random” pattern of 1023 bits with a rate of 1.023Mbit/s. That
is the reason we can hardly distinguish them from noise. Because these patterns are known
to all GPS receiver modules, they can compare the signals coming from all satellites with all
known patterns. Mathematicians call this process “cross-correlation”. The result is a peak when
the received signal pattern and the code of one particular satellite match in time. Nearly no peak
is visible for signals of other satellites. So, such a peak contains two parts of information:
1. Which satellite sent the signal 2. Its precise timing
The width of peak is about 1ns or 30 meters. Even if you can determine the peak very accurately,
the precision of this signal is limited to a few meters because there are other sources of
inaccuracies, as we will later see. This is the precision of our smartphones, for example. After
receiving the signals of all visible satellites, our GPS receiver knows the distance to these
satellites. But only if the clocks of all satellites and our receiver are exactly
synchronized. Keep in mind: A difference of one nanosecond means already an error of 30 meters!
This is why all satellites have built-in atomic clocks that are regularly adjusted by ground
stations. Our GPS receiver module has a clock, too. But to save cost and space, not a very
precise one. So, the whole thing would not work unless we use a trick that is later revealed.
The next problem: To get our precise position, we need not only the distance to the satellites;
our receiver also needs to know the momentary position of each satellite,
also with the precision of meters. We will later see where it gets this information from.
To calculate a three-dimensional position, the distance to at least three satellites
and their precise positions are needed. The trick to working with the unprecise receiver
clock is to use the signal of a fourth satellite to calculate the precise time.
Now, we are ready to retrieve the exact position with a precision of a few meters
everywhere on Earth. It's incredible, but it works with a receiver module for
a few dollars and such tiny antennas. As said before: We want more. 100 times
more precision. Sounds impossible again! Let’s try to understand which problems we
have to solve to get to such a precision: 1. We have to be able to measure the travel
time of the signal to the picosecond 2. We have to compensate for position
errors of satellites to the centimeter 3. We have to account for time delays
influenced by the ionosphere. The ionosphere is the upper part of the atmosphere and consists of
charged particles. They are heavily influenced by the sunlight and therefore change all the time
4. And correct many more small errors in the overall system
Let’s start with the first problem: Increase the precision of the timing. As we saw before, GPS has
a modulation frequency of 1Mb/s. But its “carrier” frequency is around 1.5GHz and, therefore,
a wavelength of around 20 cm. What if we would be able to determine where on this wave we are? Then,
we would know our position to the centimeter! Technically, the place on a wave is called
“phase”, BTW. Problem solved? Unfortunately, not. As shown before, GPS has a precision of
some meters. Let’s assume a precise GPS position of 5 meters. Then, 20 wavelengths fit inside these
5 meters. This is rightly called ambiguity because we know exactly where we are on the wave but,
unfortunately, not on which one. Not good! Clever engineers developed real-time kinematics or
RTK to solve this problem: Let's assume you have two receivers close together. One is fixed, and
its position is exactly known; the other can be moved, and its position is not known. Both measure
the position with GPS and determine their phase. Because one knows exactly where it is, it can
determine on which wave it “sits” and determine the actual difference between its position
and the GPS position. If it would transfer this information to the second receiver, this one could
determine its exact position, too. And we solved problems 2, 3, and 4. Because both receivers are
very close, all these differences are nearly the same and are included in the “correction”
signal transmitted. Cool! If we call the fixed receiver “base” and the second one “rover”,
we have our RTK system. Of course, it is way more complex, but for today, we stick with that.
Fortunately, the distance between the base and the rover can be up to about 20 km,
and the system still works. The next problem: How is this
correction signal transmitted from the base to the rover? Here, we have four typical scenarios:
1. Directly by using a transmitter on the base and a receiver on the rover. High-end lawn movers
attach a base to the charging station and the rover to the mover. Also high-end drones work with
fixed bases close to the pilot. In this scenario, each rover needs a base station. Commercial base
stations, unfortunately, cost a fortune 2. Via internet. The base and the rover are
connected to a service. The base transmits the correction signal to the platform,
and the rover receives a valid correction signal without “owning” a
base. Signals can be transmitted via Wi-Fi 3. Or via mobile networks. There are many
such professional services available. Usually very local and very expensive
because building and maintaining bases every 20 km is not cheap. RTK2GO is a free service,
but it only works if you have a base in the vicinity. The closest one to my home is 40
km away. So later, I will build my own for a fraction of the price of a commercial one
4. Via satellite. Companies like u-blox operate many base stations around the
world. Because they cannot afford one every 20 km, they placed them about 150km apart and
do some math to their signals. Like that, they typically get a precision of below one meter,
but not to the centimeter. Still ok for many use cases and available globally. But not cheap.
The board I got from Michael offers transmission methods 2, 3 and 4. The ESP32 includes Wi-Fi,
and this 4G modem can connect to the next cellular tower. It even
contains a satellite receiver that can receive u-blox data from space. They offer a limited
service for developers free of charge, BTW. It also contains this small u-blox RTK receiver
that covers the most important bands, L1 and L2, and shows its position on a map. So,
let's check how it works. As said before, I wanted the best precision. So I built a
base station and connected it to RTK2GO. We go away from the house to reduce signal
reflections and start with GPS only. As expected, the position moves a few meters. With RTK enabled,
this changes considerably. The position is solid. And if I move the receiver, or should I say,
the antenna, along a straight line, we see this straight line also on the map. Impressive!
Here, you see typical applications for RTK. Maybe something is for you?
To build a rover, we just need an RTK-enabled GPS receiver and an ESP32 if we have Wi-Fi available,
plus Michael’s Arduino software. Sparkfun offers many such receiver modules and also
wrote the required libraries. We know now that RTK works,
and we saw this rover board. But I also promised that you could earn money with RTK. How does that
work? And how can we build a base station? Helium, with its network of LoRaWAN gateways,
was one of the first companies that created a new industry called “decentralized physical
infrastructure networks”, short DePIN. DePIN companies try to replace investors
with crowdfunding. Like Helium, they create a cryptocurrency and pay the owners of the
infrastructure with this currency instead of real money till they get paid by the customers.
Everybody who had to work with professional investors knows that this would be a very good
idea for startups because often, these “investors” are arrogant and a pain in the ass. People who
watched my Helium video know that I was not happy about this company. Mainly because there was no
real business behind transferring LoRa messages. But is DePIN in general a bad idea? I do not
know yet because it is too new. But I give it a chance if there is a real business case behind
it. Selling RTK correction data seems to be a multi-million-dollar business already now. So this
market should be better than LoRaWAN messages. And its future application is much broader.
A few DePINs have already tried to get such networks up and running. One of them is
Onocoy. This network has two advantages: 1. They allow Makers to create their own
hardware and do not sell overpriced “miners” 2. Its president is one of the founders of u-blox,
a no-nonsense guy also with a Swiss accent How can we build such a base station? You need
four things to get the best signal and, therefore, the most rewards:
- A special antenna for all GPS bands - An RTK receiver for all bands
- An ESP32 - Software to read the receiver
and send the correction signal to the service You can buy this receiver with an ESP32, but it is
expensive and only delivers data to Onocoy. This is why I built one myself. Mine delivers data to
Onocoy and RTK2GO. I do not show how to build it here, but you can find links in the description if
you are interested in this technology. Anyway, connecting four wires between the receiver and
the ESP32 board and loading the software is all it needs. The rest is configuration.
Keep in mind: Commercial stations cost thousands of dollars. This miner still costs roughly
700 dollars, including shipping. My setup was less than 300 dollars. It's not cheap, but maybe I will
get the money back or make more than I invested. It has already started to earn some cryptos.
Even if I will not earn a lot, I had a good time learning and experimenting with this
technology. It helped me understand one of the key technologies of our civilization, and I pay
respect to the engineers who, more than 40 years ago, believed that such a system was possible and
started to work on it. Keep also in mind that GPS satellites synchronize most of our clocks and are
part of each cellular tower, for example. I made a video on how you can use this precise timing
for cheap in your lab. Jamming these signals seems to be a major threat during war times.
I also promised to tell you how GPS receivers get the positions of all satellites. The pseudo-random
code contains a very slow modulation that transfers all this data, also called “almanac”.
It can take more than 10 minutes to get all this data. This is why all GPS modules have a small
battery attached. They store the almanac data and, because satellites do not frequently change their
path, can use “old” data to get a faster fix. If the GNSS receiver has an internet connection,
like a Smartphone, it uses “assisted GPS” to get this information much faster directly via
the internet. This is why your Smartphone nearly immediately knows its position.
In this video: - We learned that GPS
needs extremely precise and synchronized time signals to measure the distance
between satellites and our receiver - It needs at least four satellites,
three to determine the three-dimensional position and one to correct the time of the receiver
- Its accuracy is limited by the slow modulation as well as by variable
influences by the ionosphere, for example - If we want to get to centimeter precision,
we need to measure the phase of the carrier signal as well as account for the real-time difference
between a precise position and the signal - This difference is measured by a base station
and transmitted to a “roving” station to enable the rover to solve the ambiguity and determine its
exact position. The distance between a base and a rover should be below 20 km to get an RTK fix
- Commercial services sell such correction signals for quite high
prices. RTK2GO offers a free-of-charge service but does not have broad coverage
- This is why I built a base and connected it to Onocoy, a DePIN company that tries to
build a global network of base stations and sell the data for a lower price. I will be
paid in cryptocurrency for my services. Who knows if I will get the invested money back
This was all for today. As always, you find all the relevant links in the description.
I hope this video was useful or at least interesting for you. If true,
please consider supporting the channel to secure its future existence. Thank you! Bye
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