Vorteile einer externen GPS-Antenne – Beispiel Garmin GPSMAP 64s & Tallysman TW4421

Nur wenige Outdoor-GPS-Geräte bieten ein besonderes Extra: einen Anschluß für eine externe GPS-Antenne.

Die Liste lautet CompeGPS TwoNav Aventura, Garmin GPSMAP 64s/64st/62s/62st/78/78s und Garmin Montana 600/650(t).

Aber welche Vorteile hat eine externe GPS-Antenne?

Dieser Fragestellung bin ich nachgegangen. Insbesondere unter dem Aspekt, dass die Ausrichtung eines GPS-Gerätes – und damit seiner Antenne! – von grundlegender Bedeutung ist.

Die Ausrichtung hängt neben der Bauart des Gerätes von der Outdoor-Aktivität ab, Beispiel Wandern: Der sicherlich beliebteste Platz zum Befestigen des GPS-Gerätes ist der Rucksackträger. Das Gerät ist in dieser Position leicht erreichbar und stört kaum.

Jetzt kommt die Ausrichtung ins Spiel. Bei Handgeräten wie dem Garmin GPSMAP 64 bzw. 64s/st zeigt der Antennenstummel der Quad-Helix-Antenne senkrecht nach oben. Und allgemein gilt: Quad-Helix-Antennen haben bei einer "senkrecht nach oben" Ausrichtung den besten GPS-Empfang. Allerdings gibt es eine Einschränkung. Schulter und Kopf des Trägers können zu einer Abschattung führen, mit der Folge das weniger Satelliten verfügbar sind und die Signalstärke einzelner Satelliten leidet.

In diesem Zusammenhang kann eine externe GPS-Antenne Abhilfe schaffen. Optimal positioniert, sollte der GPS-Empfang 1a sein. Um dies zu verifizieren, habe ich einen Vergleich zwischen einem Garmin GPSMAP 64s mit und einem Garmin GPSMAP 64 ohne externe GPS-Antenne gestartet. Anhand diverser Testszenarien wollte ich – ohne wissenschaftlichen Anspruch – herausfinden, ob der Einsatz einer externen GPS-Antenne Vorteile hat, z.B. bei der Genauigkeit von Trackaufzeichnungen.

Auswahl der externen GPS-Antenne

Das Antenne nicht gleich Antenne ist, zeigen die folgenden Screenshots. Dazu wurde an das GPSMAP 64s abwechselnd eine günstige No-Name GPS-Antenne bzw. eine hochwertige Tallysman TW4421 Dual-feed Breitband-Antenne* angeschlossen (* freundlicherweise von optimalsystem.de zur Verfügung gestellt).

Das Ergebnis ist eindeutig, nur die Tallysman-Antenne versorgt den kombinierten GPS/Glonass-Empfänger des GPSMAP 64s mit ausreichend GLONASS-Signalen (Screenshots: Satellitennummern 66 und höher).

GPSMAP 64s mit No-Name GPS-Antenne	GPSMAP 64s mit Tallysman TW4421 Dual-feed Breitband-Antenne

Ein Video von Tallysman erklärt die Vorteile von Dual-feed Breitband-Antennen:

Hinweis: Die Helix-Antenne des GPSMAP 64 hat eine andere Charakteristik als die Patch-Antenne von Tallysman, z.B. gelten Helix-Antennen gegenüber reflektierten Satellitensignalen (Multipath-Signale, z.B. durch Häuser, Felswände, Wasserflächen) als anfälliger. Die Dual-feed Antennen von Tallysman sind in dieser Hinsicht optimiert; diese Eigenschaft sollte neben der optimalen Platzierung und Ausrichtung der Antenne zu Vorteilen führen.

Versuchsaufbau

Für alle Tests wurde die mit einer magnetischen Bodenplatte versehene Tallysman-Antenne auf einer Antennengrundplatte befestigt. Die Grundplatte hilft die Empfangsleistung zu erhöhen. Die Platte selber wurde auf ein seitlich am Rucksack befestigtes Fotostativ geschraubt, das bei ausgezogener Mittelsäule für einen optimalen Empfang frei von Abschattungen sorgt (alternativ: ein Einbeinstativ verwenden).

Das zweite Testgerät ohne externe Antenne habe ich mit einem Karabiner am Rucksackträger befestigt.

Vergleich im stationären Betrieb

Wie mein Test des Garmin GPSMAP 64s bereits gezeigt hat, verfügt das 64er über einen exzellenten GPS-Empfang. Ein Vorteil – insbesondere im Vergleich zum Vorgänger GPSMAP 62 – ist das sehr gute Verhalten beim Positionsdrift im Stand: Die Position driftet beim GPSMAP 64 deutlich weniger ab als beim GPSMAP 62.

Diesen Test im stationären Betrieb habe ich im Rahmen des Vergleichs wiederholt. Es zeigt sich ein positiver Effekt der externen GPS-Antenne, das 64s mit externen Antenne neigt etwas weniger zum Abdriften als das 64 ohne externe Antenne (Aufzeichnung alle fünf Sekunden über sechs Stunden).

GPSMAP 64	GPSMAP 64s mit ext. Antenne

Vergleich von Trackaufzeichnungen

Im nächsten Schritt durften die beiden GPS-Geräte ihr Können auf meinen Teststrecken beweisen. Als Aufzeichnungsmodus habe ich "alle 10 m" eingestellt.

Die Tracks stehen für eigene Vergleiche zur Verfügung:

• Download Tour 1 (gpx) (tief eingeschnittenes Tal, Felswände, teil dichter Wald, regennass)
• Download Tour 1 (kml)
• Download Tour 2 (gpx) (Wegverlauf teils im Tal, abschnittsweise dichter Wald, regennass)
• Download Tour 2 (kml)

(Download: rechte Maustaste, Ziel speichern unter …)

Eine genaue Analyse mit Hilfe unterschiedlicher Karten (Topo-Karten 1:25.000, 1:10.000, Google Earth) zeigt, dass die Kombination GPSMAP 64s und Tallysman-Antenne abschnittsweise zu genaueren Trackaufzeichnungen führt. Die Unterschiede zeigen sich aber nur bei genauer Betrachtung in Kombination mit entsprechenden Ortskenntnissen. Vor allem unter dem Aspekt, dass die in den Karten eingezeichneten Wege nicht immer korrekt verlaufen.

Unterschiede zeigen sich auch hinsichtlich der Anzahl zur Positionsbestimmung herangezogenen Satelliten und der Signalstärke einzelner Satelliten. Durch die optimal platzierte Tallysman-Antenne stehen in der Regel mehr Satelliten (v.a. GLONASS) zur Verfügung, zusätzlich sind die Signalstärken oftmals höher.

Die folgenden Abbildungen illustrieren die Aussagen (Reihe 1 bis 3: Tour 1; Reihe 4 bzw. 5: Tour 2)

Satellitenseite GPSMAP 64	Satellitenseite GPSMAP 64s mit Tallysman-Antenne	Ausschnitt Topo Deutschland   Punkte > Wegverlauf rot > Trackaufzeichnung GPSMAP 64s gelb > Trackaufzeichnung GPSMAP64

Reproduzierbarkeit

Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bin ich eine kleine Runde mehrfach gelaufen (lichter Wald ohne nennenswerte Höhenunterschiede). Als Ergebnis zeigt sich auch hier eine Überlegenheit der Kombination GPSMAP 64s & externe Antenne.

Die Trackaufzeichnungen variieren beim GPSMAP 64 bis zu 10 m. Beim GPSMAP 64s mit ext. Antenne betragen die Abweichungen maximal 5 m, die drei Aufzeichnungen stimmen bei dieser Kombination häufig sehr gut überein. Zusätzlich sind geringere Schwankungen bei der GPS-Höhe zu verzeichnen. Dem GPSMAP 64s stehen auch bei diesem Test mehr Satelliten mit einer teils höheren Signalstärke zur Verfügung.

GPSMAP 64 (gelbe Trackaufzeichnung)	GPSMAP 64s mit Tallysman-Antenne (rote Trackaufzeichnung)

Eine weitere interessante Fragestellung lautet: Wie variieren an unterschiedlichen Tagen aufgezeichnete Tracks? Dazu wird eine Strecke (Tour 1, wie oben) mehrfach begangen. Die mit der Kombination GPSMAP 64s und Tallysman-Antenne aufgezeichneten Tracks weichen bis zu 10 m voneinander ab (im ungünstigsten Fall 15 m), in der Summe ist das Ergebnis aber immer noch als sehr gut zu bezeichnen – insbesondere unter dem Aspekt, dass diese Strecke durch schwierige GPS/GLONASS-Empfangsverhältnisse charakterisiert ist.

Download dieses Vergleichs:

• Download Tour 1 (gpx)
• Download Tour 1 (kml)

Folgerungen

• Der an sich schon gute GPS-Empfang des GPSMAP 64/64s läßt sich mit einer externen GPS-Antenne nochmals steigern.
• Die Positionierung des GPS-Gerätes am Rucksackträger kann zu Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl an Satelliten und deren Signalstärken führen ("keine freie Sicht zum Himmel").
• Die Unterschiede sind für den "normalen" Outdoor-Gebrauch zu vernachlässigen.
• Die Lösung ist für spezielle Anwendungszwecke interessant (z.B. Kartieren für OSM).
• Es sollte eine hochwertige Antenne wie die Tallysman TW4421 eingesetzt werden.
• Der finanzielle Einsatz hält sich in Grenzen (< 200.- Euro für Antenne, Grundplatte, günstiges Einbeinstativ als Antennenstab).

Weiterführende Links

• optimalsystem.de (Antennen und Zubehör)
• Präzise Positionsbestimmung mit Low-Cost-GPS und Postprocessing (PDF)
• geospector.de (Geospector GPS-Forum)