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Kalibrierung stationsspezifischer Effekte in GPS Referenzstationsnetzen

Kalibrierung stationsspezifischer Effekte in GPS Referenzstationsnetzen

Leitung:  Prof. Dr.-Ing. Günter Seeber
Team:  Dipl.-Ing. Florian Dilssner
Jahr:  2008
Datum:  15-01-11
Förderung:  Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Niedersachsen (LGLN)
Ist abgeschlossen:  ja
Weitere Informationen www.lgln.de

Am Institut für Erdmessung wurde in Zusammenarbeit mit der Geo++ (BMBF/DLR-Vorhaben 50NA9809/8) ein Verfahren zur absoluten Stationskalibrierung mit Hilfe eines präzisen Roboterarmes entwickelt. Mehrwegeeffekte sind einer der limitierenden Faktoren für hoch genaue GNSS Messungen. In regionalen Referenzstationsnetzen (z.B. SAPOS) stellen sie oftmals den dominierenden Anteil innerhalb des gesamten Fehlerbudgets dar. Das von der Landesvermessung und Geoinformation Niedersachsen (LGN, Hannover) finanzierte Projekt "Qualitätssicherung im SAPOS-Netz Niedersachsen" zielt deshalb darauf zu untersuchen, inwieweit diese Effekte messtechnisch erfassbar und durch ein deterministisches Korrekturmodell beschreibbar sind.

Abb. 1: Messanordnung für die absolute Antennenkalibrierung im Feldverfahren

Die prinzipielle Messanordnung ist in obiger Abb. (1) dargestellt. Der Roboter wird in der Nähe der zu kalibrierenden Referenzstation aufgestellt. Die verwendeten Antennen sind bereits im Vorfeld absolut kalibriert worden. Der Fehlerhaushalt der Einfachdifferenzen zwischen den Beobachtungen der beiden Antennen enthält wegen der sehr kurzen Basislinie nur noch die Empfängeruhrfehler und den Mehrwegeffekt. Durch die Koppelung der Empfänger an ein gemeinsames externes Frequenznormal kann der Empfängeruhrfehler weitgehend reduziert werden. Durch die gezielte Bewegung des Roboters (Verfahren der Antenne ohne Neigungen) können die Mehrwegeeffekte der GPS-Beobachtungen am Roboter verzufälligt werden, so dass nur noch der Mehrwegeeffekt der zu kalibrierenden Referenzstation als Beobachtungsgröße verbleibt. Abb. (2), (3) und (4) zeigen die Anwendungen auf den SAPOS Stationen Hannover (2) und Clausthal (3, 4).

Als Ergebnis werden bahnweise Korrekturpolynome in Form von Tschebycheff-Polynomen berechnet und über Kreuzungspunkte der Bodenspuren von GPS-Satelliten stabilisiert.

Die Anwendung der bestimmten Korrekturpolynome hat gezeigt, dass für Lage- und Höhenkomponente ein Reduktionspotential in der Größenordnung von 50% bis 70% besteht. Die Grenzen des Verfahrens sind gegeben durch die Abweichungen der Umlaufzeiten der einzelnen Satelliten von der nominellen Umlaufzeit (Abb.5) und durch Variationen der Satellitenorbits durch Störkräfte, die zu Verschiebung der Subsatellitenspuren führen (Abb. 6). Schließlich können Restuhrfehler in den Korrekturpolynomen noch enthalten sein.

Abb. 5: Abweichungen der Umlaufzeiten ausgewählter GPS Satelliten von der nominellen Umlaufzeit für das Jahr 2002
Abb. 6: Variationen der Satellitenspuren nach einem Jahr für eine Reflexionsfläche im Abstand von 1m unterhalb der Antenne