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Untersuchungen zum Einfluss von Antennenkalibrierwerten auf die Prozessierung regionaler GPS-Netze.

Untersuchungen zum Einfluss von Antennenkalibrierwerten auf die Prozessierung regionaler GPS-Netze.
Typ:Diplomarbeit
Datum:2005
Betreuer:

Aufgabensteller:
Prof. Dr.-Ing. B. Heck
Betreuer:
Dipl.-Ing. A. Nuckelt
Dipl.-Ing. M. Mayer

Bearbeiter:Knöpfler, A.
Zusatzfeld:

IBNr: 893

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Sollen bei der Auswertung von GPS-Netzen höchste Genauigkeiten erzielt werden, ist die Verwendung von Kalibrierwerten für die eingesetzten GPS-Antennen unabdingbar.

Aufgabe dieser Diplomarbeit war, für die auf vier Stationen des SFB461 während der Kampagne 2004 eingesetzten Antennen im Kalibrierfeld des Geodätischen Instituts der Universität Karlsruhe (TH) absolute und relative Kalibrierinformationen zu ermittelen und diese Werte zu analysieren. Anschließend sollte eine Auswertung eines GPS-Netzes mit der Berner Software in fünf unterschiedlichen Varianten erfolgen und die Ergebnisse bzw. die resultierenden Unterschiede untersucht werden.

Unter Verwendung des Drehsystems "DRB" und des Softwarepakets "WaSoft/Kalib" wurden mehrere Antennen des Typs "Leica AT502" relativ zur EUREF-Station KARL kalibriert. Da für diese Antenne absolute Kalibierinformation verfügbar ist, können durch dieses relative Verfahren sowohl absolute als auch relative Antennenmodelldaten ermittelt werden. Weiterhin konnten aus den erhaltenen Individualkalibrierungen jeweils Typmittelwerte berechnet werden. Die hieraus erhaltenen Antennenkalibrierwerte bestehend aus Phasenzentrumsoffset, elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen bzw. azimut- und elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen wurden hinsichtlich ihrer Abhängigkeit vom verwendeten Kalibrierpfeiler, Wiederholbarkeit und der Unterschiede einzelner Antennen untersucht.

Ausgesuchte Antennen wurden mehrfach auf beiden verwendeten Messpfeilern kalibriert, wobei geringfügige Stationsabhängigkeiten im Elevationsbereich unter 30° festgestellt werden konnten. Diese können auf unterschiedliche äußere Einflüsse (Mehrwege, Pfeilergröße, ...) zurückgeführt werden, müssen aber im Laufe weiterer Messreihen genauer untersucht werden. Die einzelnen Antennen dieser Baureihe weisen teilweise sehr große Unterschiede in den Variationen des Phasenzentrums auf.

Mittel der relativ ermittelten absoluten azimut- und elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen aller kalibrierten Antennen des Typs Leica AT502 (L1)

 

Mittel der relativen azimut- und elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen aller kalibrierten Antennen des Typs Leica AT502(L1)

Mittel der relativ ermittelten absoluten azimut- und elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen aller kalibrierten Antennen des Typs Leica AT502 (L1)

 

Mittel der relativen azimut- und elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen aller kalibrierten Antennen des Typs Leica AT502(L1)

Um die Einflüsse unterschiedlicher Kalibrierungsergebnisse auf GPS-Auswerteergebnisse zu untersuchen, wurde ein regionales Testnetz, bestehend aus vier temporären SFB-Stationen und einer permanent betriebenen IGS-Station (Bukarest) in unterschiedlichen Varianten ausgewertet. Dabei wurden Messungen der Kampagne 2004 verwendet, die auf jeder eingesetzten Station in drei Blöcken zu je 72 Stunden vorlagen. Bei den bisherigen Auswertungen traten beim Wechsel der Ausrüstungen auf den Stationen Sprünge in der Höhenkomponente auf.

Basislinien des prozessierten Netzes

 

Unterschiedliche Versionen von Antennenkalibrierwerten für die Netzauswertung

Basislinien des prozessierten Netzes

 

Unterschiedliche Versionen von Antennenkalibrierwerten für die Netzauswertung

Für die SFB-Stationen wurden u.A. die im Rahmen dieser Diplomarbeit bestimmten Kalibrierwerte in unterschiedlichen vier Varianten (Individual- bzw. Typkalibrierung, relative Werte, relativ ermittelte Absolutwerte) verwendet. Für die Fiducialstation Bukarest kamen lediglich die vom National Geodetic Service (NGS) publizierten Werte zum Einsatz, da hier keine Möglichkeit der Kalibrierung bestand.

Um die Prozessierung zu vereinfachen, wurde die Bernese Processing Engine (BPE) verwendet, bei welcher die erforderlichen Änderungen der Einstellungen durch Editieren weniger Dateien vorgenommen werden konnten.

Bei den Residuen der Lage (Nord- und Ostkomponente) unterscheiden sich die unterschiedlichen Versionen geringfügig.

Residuen der Nordkomponente der Station Tismana (Länge der Basislinie Tismana-Bukarest etwa 250 km)   Residuen der Ostkomponente der Station Tismana (Länge der Basislinie Tismana-Bukarest etwa 250 km)

Residuen der Nordkomponente der Station Tismana (Länge der Basislinie Tismana-Bukarest etwa 250 km)

 

Residuen der Ostkomponente der Station Tismana (Länge der Basislinie Tismana-Bukarest etwa 250 km)

Die ellipsoidischen Höhen der Varianten 1-4 (Individual- bzw. Typkalibrierung, relative Werte, relativ ermittelte Absolutwerte) liegen eng beieinander, wohingegen die der Version 5 (typspezifische NGS-Werte) systematisch um etwa 3 cm höher liegen. Der Grund hierfür ist in der Tatsache zu suchen, dass nur NGS-Werte eingesetzt wurden, die nicht ganz dem tatsächlichen Verhalten der Antennen entsprechen. Ebenfalls erkennbar ist, dass sich durch den Einsatz von Kalibrierwerten die teilweise auftretenden Höhensprünge beim Antennenwechsel nicht eliminieren lassen. Die Residuen der Höhe variieren ebenso von Tag zu Tag.

Ellipsoidische Höhe der Station Magurele (Länge der Basislinie Magurele-Bukarest etwa 14 km)   Residuen der Höhe der Station Magurele

Ellipsoidische Höhe der Station Magurele (Länge der Basislinie Magurele-Bukarest etwa 14 km)

 

Residuen der Höhe der Station Magurele

Als Fazit folgt, dass weitere Untersuchungen zur Antennenkalibrierung auf dem Messdach notwendig sind, um die Auswirkungen äußerer Einflüsse zu ermitteln. Ebenso müssen bei der Netzauswertung im SFB weitere Aspekte, wie beispielsweise Mehrwegeffekte oder unzureichend modellierte atmosphärische Einflüsse, berücksichtigt werden.