Galileo - Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie ...
Galileo - Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie ...
Galileo - Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie ...
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<strong>Galileo</strong> – Herausforderung <strong>und</strong> Gewinn<br />
<strong>für</strong> die geodätische Anwendung<br />
Urs Hugentobler<br />
Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong> <strong>und</strong> Geodätische <strong>Geodäsie</strong><br />
Technische Universität München<br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover, 13. November 2007<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 1
Inhalt<br />
• Einführung<br />
• Bahncharakteristiken<br />
• Signale<br />
• Positionierung<br />
• Bahnmodellierung<br />
• Schlussbemerkungen<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 2
<strong>Galileo</strong><br />
• Projekt von EU <strong>und</strong> ESA<br />
• Mai 2003 auf Finanzierung geeinigt,<br />
PPP-Modell<br />
• Juni 2004: Abkommen mit USA<br />
betreffend Modulation der Signale<br />
• Mai 2007: PPP ist gescheitert, Projekt<br />
soll öffentlich finanziert werden<br />
• Zusätzliche 2.5 Mia EUR müssen durch<br />
die Öffentlichkeit aufgebracht werden<br />
• Gesamtkosten werden bis 2030 auf<br />
9-12 Mia EUR geschätzt<br />
• Aufbau bis 2013 geplant<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 3
<strong>Galileo</strong><br />
• Schlüsselwörter:<br />
– nicht-militärisches System<br />
– eingebaute Integrität<br />
– zertifiziertes System<br />
– Interoperabilität<br />
– Schlüsseltechnologie<br />
in Europa<br />
• Charakteristiken:<br />
– drei Frequenzen<br />
– verbesserte Signale<br />
– präzisere Uhren<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 4
<strong>Galileo</strong><br />
• Erster Testsatellit, GIOVE-A ist seit<br />
28. Dez. 2005 im Orbit<br />
• Ziele:<br />
– Sicherung der Frequenzen<br />
– Validierung der Schlüsseltechnologien<br />
– Untersuchung des Strahlungsumfeldes<br />
• GIOVE-B soll Anfang 2008 gestartet<br />
werden<br />
• GIOVE-B soll auf drei Frequenzen<br />
gleichzeitig senden <strong>und</strong> Wasserstoffmaser<br />
mitführen.<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 5
<strong>Galileo</strong><br />
• Das Bodensegment wird aus r<strong>und</strong> 40 <strong>Galileo</strong> Sensor Stations (GSS) gebildet<br />
GGSP, 2007<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 6
Konstellationen<br />
Charakteristik<br />
Grosse Halbachse<br />
Umlaufperiode<br />
Bahnneigung<br />
Anzahl Bahnebenen<br />
Anzahl Satelliten<br />
Aktiv (10-Nov-07)<br />
Ungefähre Masse<br />
PRN Codes<br />
Frequenzen<br />
GPS<br />
26‘600 km<br />
11h58m<br />
55°<br />
6 (60°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
32<br />
880 kg, 1100 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
GLONASS<br />
25‘500 km<br />
11h16m<br />
65°<br />
3 (120°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
12 (+2 commiss.)<br />
1500 kg<br />
satellitenunabh.<br />
satellitenabh.<br />
<strong>Galileo</strong><br />
29'600 km<br />
14h04m<br />
56°<br />
3 (120°spacing)<br />
30 (3 spares)<br />
680 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 7<br />
1
Konstellationen<br />
Charakteristik<br />
Grosse Halbachse<br />
Umlaufperiode<br />
Bahnneigung<br />
Anzahl Bahnebenen<br />
Anzahl Satelliten<br />
Aktiv (10-Nov-07)<br />
Ungefähre Masse<br />
PRN Codes<br />
Frequenzen<br />
GPS<br />
26‘600 km<br />
11h58m<br />
55°<br />
6 (60°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
32<br />
880 kg, 1100 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
GLONASS<br />
25‘500 km<br />
11h16m<br />
65°<br />
3 (120°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
12 (+2 commiss.)<br />
1500 kg<br />
satellitenunabh.<br />
satellitenabh.<br />
<strong>Galileo</strong><br />
29'600 km<br />
14h04m<br />
56°<br />
3 (120°spacing)<br />
30 (3 spares)<br />
680 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 8<br />
1
Konstellationen<br />
Charakteristik<br />
Grosse Halbachse<br />
Umlaufperiode<br />
Bahnneigung<br />
Anzahl Bahnebenen<br />
Anzahl Satelliten<br />
Aktiv (10-Nov-07)<br />
Ungefähre Masse<br />
PRN Codes<br />
Frequenzen<br />
GPS<br />
26‘600 km<br />
11h58m<br />
55°<br />
6 (60°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
32<br />
880 kg, 1100 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
GLONASS<br />
25‘500 km<br />
11h16m<br />
65°<br />
3 (120°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
12 (+2 commiss.)<br />
1500 kg<br />
satellitenunabh.<br />
satellitenabh.<br />
<strong>Galileo</strong><br />
29'600 km<br />
14h04m<br />
56°<br />
3 (120°spacing)<br />
30 (3 spares)<br />
680 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 9<br />
1
Konstellationen<br />
Charakteristik<br />
Grosse Halbachse<br />
Umlaufperiode<br />
Bahnneigung<br />
Anzahl Bahnebenen<br />
Anzahl Satelliten<br />
Aktiv (10-Nov-07)<br />
Ungefähre Masse<br />
PRN Codes<br />
Frequenzen<br />
GPS<br />
26‘600 km<br />
11h58m<br />
55°<br />
6 (60°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
32<br />
880 kg, 1100 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
GLONASS<br />
25‘500 km<br />
11h16m<br />
65°<br />
3 (120°spacing)<br />
24 (3 spares)<br />
12 (+2 commiss.)<br />
1500 kg<br />
satellitenunabh.<br />
satellitenabh.<br />
<strong>Galileo</strong><br />
29'600 km<br />
14h04m<br />
56°<br />
3 (120°spacing)<br />
30 (3 spares)<br />
680 kg<br />
satellitenabh.<br />
satellitenunabh.<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 10<br />
1
Bahncharakteristiken<br />
Charakteristik<br />
Bahnhöhe (km)<br />
Bahnneigung<br />
Umlaufszeit<br />
Umläufe/sid.Tagen<br />
GPS<br />
20'200<br />
55°<br />
11h58m<br />
2/1<br />
GLONASS<br />
19'100<br />
65°<br />
11h16m<br />
17/8<br />
<strong>Galileo</strong><br />
23'200<br />
56°<br />
14h04m<br />
17/10<br />
Compass<br />
21'500<br />
55°<br />
12h53m<br />
13/7<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 11
Globale Abdeckung<br />
h Pol<br />
h Aeq<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 12
Globale Abdeckung<br />
Charakteristik<br />
Bahnhöhe (km)<br />
Bahnneigung (deg)<br />
Umlaufszeit<br />
Umläufe/sid.Tagen<br />
h Pol<br />
h Aeq<br />
GPS<br />
20'200<br />
55°<br />
11h58m<br />
2/1<br />
45.3°<br />
22.2°<br />
GLONASS<br />
19'100<br />
65°<br />
11h16m<br />
17/8<br />
57.0°<br />
10.5°<br />
<strong>Galileo</strong><br />
23'200<br />
56°<br />
14h04m<br />
17/10<br />
47.6°<br />
23.6°<br />
Compass<br />
21'500<br />
55°<br />
12h53m<br />
13/7<br />
45.8°<br />
22.8°<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 13
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
Charakteristik<br />
Bahnhöhe (km)<br />
Bahnneigung (deg)<br />
Umlaufszeit<br />
Umläufe/sid.Tagen<br />
h Pol<br />
h Aeq<br />
GPS<br />
20'200<br />
55°<br />
11h58m<br />
2/1<br />
45.3°<br />
22.2°<br />
GLONASS<br />
19'100<br />
65°<br />
11h16m<br />
17/8<br />
57.0°<br />
10.5°<br />
<strong>Galileo</strong><br />
23'200<br />
56°<br />
14h04m<br />
17/10<br />
47.6°<br />
23.6°<br />
Compass<br />
21'500<br />
55°<br />
12h53m<br />
13/7<br />
45.8°<br />
22.8°<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 14
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
• Bodenspur GPS, 1 Satellit, 1 Tag<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 15
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
• Bodenspur GPS, 1 Satellit, 10 Tage<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 16
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
• Bodenspur <strong>Galileo</strong>, 1 Satellit, 1 Tag<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 17
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
• Bodenspur <strong>Galileo</strong>, 1 Satellit, 10 Tage<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 18
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
• Anzahl beobachtende Stationen <strong>für</strong> einen GPS Satelliten (45 Stationen)<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 19
Gro<strong>und</strong>track Repeatability<br />
• Anzahl beobachtende Stationen <strong>für</strong> einen <strong>Galileo</strong> Satelliten (45 Stationen)<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 20
Resonante Bahnstörungen<br />
• Resonante Störungen in der Halbachse durch Potentialterme des<br />
Erdschwerefeldes bis 9x9 (Kaula, 1966)<br />
System<br />
GPS<br />
<strong>Galileo</strong> 5/3<br />
Potentialterm<br />
22<br />
32<br />
42<br />
44<br />
52<br />
54<br />
64<br />
76<br />
84<br />
88<br />
55<br />
65<br />
Max. Drift in a [m/d]<br />
1.025<br />
6.046<br />
0.018<br />
1.484<br />
0.227<br />
0.006<br />
0.022<br />
0.017<br />
0.001<br />
0.004<br />
0.538<br />
0.002<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 21
Resonante Bahnstörungen<br />
• Resonante Bahnstörungen bei GPS durch Potentialterme 32<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 22
Resonante Bahnstörungen<br />
• Resonante Störungen in der Halbachse durch Potentialterme des<br />
Erdschwerefeldes bis 9x9 (Kaula, 1966)<br />
System<br />
GPS<br />
<strong>Galileo</strong> 5/3<br />
Potentialterm<br />
22<br />
32<br />
42<br />
44<br />
52<br />
54<br />
64<br />
76<br />
84<br />
88<br />
55<br />
65<br />
Max. Drift in a [m/d]<br />
1.025<br />
6.046<br />
0.018<br />
1.484<br />
0.227<br />
0.006<br />
0.022<br />
0.017<br />
0.001<br />
0.004<br />
0.538<br />
0.002<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 23
Resonante Bahnstörungen<br />
• <strong>Galileo</strong>, a=29'600 km, 17/10, mittlere Halbachse, Bahnintegration 10 Jahre<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 24
Resonante Bahnstörungen<br />
• <strong>Galileo</strong>, a=29'900 km, 5/3, mittlere Halbachse, Bahnintegration 10 Jahre<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 25
Resonante Bahnstörungen<br />
• GPS, a=26'600 km, 2/1, mittlere Halbachse, Bahnintegration 10 Jahre<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 26
Bestimmung subtäglicher Erdrotationsparameter<br />
• GPS Bahnmodellierungsfehler<br />
korrellieren mit<br />
subtäglichen Termen<br />
• Im täglichen <strong>und</strong><br />
halbtäglchen Gezeiten-<br />
Frequenzband<br />
<strong>Galileo</strong><br />
Compass<br />
GPS<br />
Glonass<br />
IERS Conventions 2003<br />
Urschl 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 27
Bestimmung subtäglicher Erdrotationsparameter<br />
• Formale Fehler subtäglicher Terme im täglichen Frequenzband<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 28
Bestimmung subtäglicher Erdrotationsparameter<br />
• Formale Fehler subtäglicher Terme im täglichen Frequenzband<br />
Urschl 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 29
<strong>Galileo</strong> Signale<br />
<strong>Galileo</strong> OS SIS ICD, 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 30
<strong>Galileo</strong> Signale<br />
• <strong>Galileo</strong> Trägerfrequenzen<br />
• GPS Trägerfrequenzen<br />
E1<br />
E6<br />
E5<br />
E5a<br />
E5b<br />
L1<br />
L2<br />
L5<br />
1575.42 MHz<br />
1278.75 MHz<br />
1191.795 MHz<br />
1176.45 MHz<br />
1207.14 MHz<br />
1575.42 MHz<br />
1227.60 MHz<br />
1176.45 MHz<br />
154 * 10.23 MHz<br />
125 * 10.23 MHz<br />
116.5 * 10.23 MHz<br />
115 * 10.23 MHz<br />
118 * 10.23 MHz<br />
154 * 10.23 MHz<br />
120 * 10.23 MHz<br />
115 * 10.23 MHz<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 31
<strong>Galileo</strong> Signale<br />
• Signale von GIOVE-A<br />
Simsky et al., 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 32
Ionosphärenfreie Linearkombination<br />
• Drei Frequenzen: Drei verschiedene Möglichkeiten, eine ionosphärenfreie<br />
Linearkombination zu bilden.<br />
• Ionosphärenfreie Linearkombination, welche Terme proportional f –2 <strong>und</strong> f –3<br />
gleichzeitig eliminiert.<br />
• Dreifrequenz-Linearkombination, welche Terme proportional f –2 eliminiert<br />
<strong>und</strong> das Rauschen minimiert.<br />
Kombination<br />
E1-E5<br />
E1-E6<br />
E6-E5<br />
E1-E6-E5<br />
κ 1<br />
2.3380<br />
2.9312<br />
7.6117<br />
8.4915<br />
κ 2<br />
-1.3380<br />
-1.9312<br />
-6.6117<br />
-20.0340<br />
12.5424<br />
Noise<br />
* 2.7<br />
* 3.5<br />
* 10.1<br />
* 25.1<br />
HOI<br />
* 0.75<br />
* 0.68<br />
* 0.56<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 33<br />
κ 3<br />
--
Ionosphärenfreie Linearkombination<br />
• Rauschen der ionosphärenfreien 3-Frequenz-Linearkombination<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 34
Ionosphärenfreie Linearkombination<br />
• Rauschen der ionosphärenfreien 3-Frequenz-Linearkombination<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 35
Mehrdeutigkeiten<br />
• Linearkombinationen mit ganzzahligen Koeffizienten n 1 , n 2 , n 3 der<br />
Phasenbeobachtungen in Zyklen erhält die Ganzzahligkeit der<br />
Mehrdeutigkeiten<br />
• Wellenlänge<br />
Ln n n<br />
λ<br />
• Einfluss der Ionosphäre<br />
I<br />
λ<br />
1<br />
2<br />
n n<br />
n<br />
3<br />
n1<br />
= L<br />
λ<br />
=<br />
1<br />
1<br />
1<br />
1<br />
n2<br />
+ L<br />
λ<br />
2<br />
2<br />
2<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 36<br />
2<br />
n3<br />
+ L<br />
λ<br />
1 2 3 n f + n f + n f<br />
n n<br />
1<br />
1<br />
2<br />
n n<br />
2<br />
n<br />
n<br />
3<br />
3<br />
⎛ n<br />
=<br />
⎜<br />
⎝ f<br />
1<br />
1<br />
+<br />
n<br />
f<br />
2<br />
2<br />
c<br />
+<br />
n<br />
f<br />
3<br />
3<br />
3<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
f<br />
3<br />
3<br />
1<br />
1<br />
3<br />
I1<br />
λ
Mehrdeutigkeiten<br />
• Wellenlänge als<br />
Funktion von<br />
n 1 , n 2 , n 3 <strong>für</strong><br />
E1, E6, E5<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-4<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-4<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
2<br />
2<br />
2<br />
0<br />
0<br />
0<br />
-2<br />
-2<br />
-2<br />
-4<br />
-4<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 37<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
m
Mehrdeutigkeiten<br />
• Multiplikator des<br />
Ionosphäreneffektes<br />
als<br />
Funktion von<br />
n 1 , n 2 , n 3<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
I·λ/λ 1<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 38<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4
Mehrdeutigkeiten<br />
• Kombinationen<br />
(-1,4,3)<br />
(-1,3,-2)<br />
(0,1,-1)<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
I·λ/λ 1<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 39<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4 -2 0 2 4<br />
-4<br />
-4 -2 0 2 4
Mehrdeutigkeiten<br />
• Beispiel:<br />
• Linearkombination -1, 4, -3 liefert<br />
• Linearkombination 0, 1, -1 (Widelane) liefert<br />
• Damit<br />
N -1,4,-3 = – N 1 + 4 N 6 – 3 N 5 (λ = 8.4 m)<br />
N 0,1,-1 = N 6 – N 5 (λ = 3.4 m)<br />
N 5 = N 1 – N -1,4,-3 + 4 N 0,1,-1<br />
• Eingesetzt in die ionosphärenfreie Linearkombination von L 1 <strong>und</strong> L 5 ergibt<br />
Narrowlane Mehrdeutigkeit mit λ = 10.8 cm<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 40
<strong>Galileo</strong> Signale<br />
<strong>Galileo</strong> OS SIS ICD, 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 41
<strong>Galileo</strong> Signale<br />
• Lösen von Mehrdeutigkeiten über die Systeme<br />
• Behandlung eines Single-Difference Ambiguity-Terms<br />
∇∆b<br />
GE<br />
kj<br />
G<br />
= + λ N<br />
G<br />
= λ<br />
G<br />
= λ<br />
G G E E E<br />
( Nk<br />
− N j ) − λ ( Nk<br />
− N j )<br />
G G G E E G E E E<br />
( N − N ) − λ ( N − N ) + ( λ − λ )( N − N )<br />
k<br />
G<br />
k<br />
G<br />
= λ ∇∆N<br />
G<br />
− λ N<br />
GE<br />
kj<br />
j<br />
G<br />
j<br />
+ ∆λ<br />
E<br />
− λ N<br />
GE<br />
∆N<br />
k<br />
E<br />
kj<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 42<br />
E<br />
k<br />
E<br />
+ λ N<br />
j<br />
E<br />
j<br />
k<br />
j
<strong>Galileo</strong>-Uhren<br />
• Passiver Wasserstoff-Maser<br />
• Stabilität wichtig <strong>für</strong> Navigation (Prädizierbarkeit)<br />
• Modellierung der Uhr als Funktion der Zeit?<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 43
Positionierung<br />
• Precise Point Positioning, Positionierungsfehler, Simulation<br />
Heinze et al., 2007<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 44
2. GPS/GLONASS Systemkomponenten<br />
2.3 Das Control Segment<br />
• Ungleichmässige Satellitenverteilung<br />
Heinze et al., 2007<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 45
Positionierung<br />
• Precise Point Positioning, ungleichmässige Satellitenverteilung<br />
Heinze et al., 2007<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 46
Reference Frame<br />
• Formaler Fehler der Stationsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 47
Reference Frame<br />
• Formaler Fehler der Stationsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit<br />
Antennenwechsel<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 48
Reference Frame<br />
• Formaler Fehler der Stationsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit<br />
Antennenwechsel<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 49
Antennen-Phasenpatterns<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 50
Stationskoordinaten-Zeitserie<br />
• Spektren von 10-Jahres-Koordinatenzeitserien von 100 IGS Stationen<br />
• Gestackt zu einem Spektum<br />
Bahnmodellierungsproblem<br />
350·1/6 Tage<br />
J. Ray, 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 51
Geozentrum<br />
• Geozentrum aus 3-Tages-GPS-Lösungen, zwei Strahlungsdruckmodelle<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 52
Geozentrum<br />
• Geozentrum aus 3-Tages-GPS-Lösungen, verschoben um 365 Tage<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 53
Geozentrum<br />
• Geozentrum aus 3-Tages-GPS-Lösungen, verschoben um 350 Tage<br />
350 days<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 54
Geozentrum<br />
• Bahnebenenspezifische Geozentrumskoordinaten<br />
X-Geocenter (m) Y-Geocenter (m) Z-Geocenter (m)<br />
Range ±6 cm Range ±6 cm Range ±30 cm<br />
Plane A<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 55
Geozentrum<br />
• Bahnebenenspezifische Geozentrumskoordinaten<br />
X-Geocenter (m) Y-Geocenter (m) Z-Geocenter (m)<br />
Range ±6 cm Range ±6 cm Range ±30 cm<br />
Plane B<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 56
Geozentrum<br />
• Bahnebenenspezifische Geozentrumskoordinaten<br />
X-Geocenter (m) Y-Geocenter (m) Z-Geocenter (m)<br />
Range ±6 cm Range ±6 cm Range ±30 cm<br />
Plane C<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 57
Geozentrum<br />
• Bahnebenenspezifische Geozentrumskoordinaten<br />
X-Geocenter (m) Y-Geocenter (m) Z-Geocenter (m)<br />
Range ±6 cm Range ±6 cm Range ±30 cm<br />
Plane D<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 58
Geozentrum<br />
• Bahnebenenspezifische Geozentrumskoordinaten<br />
X-Geocenter (m) Y-Geocenter (m) Z-Geocenter (m)<br />
Range ±6 cm Range ±6 cm Range ±30 cm<br />
Plane E<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 59
Geozentrum<br />
• Bahnebenenspezifische Geozentrumskoordinaten<br />
X-Geocenter (m) Y-Geocenter (m) Z-Geocenter (m)<br />
Range ±6 cm Range ±6 cm Range ±30 cm<br />
Plane F<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 60
Geozentrum<br />
• Streuung der bahnebenenspezifischen Geozentrumskoordinaten<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 61
Geozentrum<br />
• Elevation der Sonne über der Bahnebene<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 62
SLR Residuen<br />
G05<br />
G06<br />
GPS<br />
Bias -3.5 cm<br />
RMS 2.1 cm<br />
Bias -3.8 cm<br />
RMS 2.6 cm<br />
Urschl et al., 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 63
SLR Residuen<br />
R03<br />
R22<br />
R24<br />
GLONASS<br />
Bias -1.0 cm<br />
RMS 4.9 cm<br />
Bias -0.4 cm<br />
RMS 4.6 cm<br />
Bias -0.3 cm<br />
RMS 5.1 cm<br />
Urschl et al., 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 64
SLR Residuen<br />
• SLR Residuen der GPS Satelliten, biasreduziert<br />
(cm)<br />
10<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 65<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
Urschl 2006
SLR Residuen<br />
• Sonnen-orientiertes Koordinatensystem<br />
0<br />
u<br />
∆<br />
Urschl 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 66
SLR Residuen<br />
• SLR Residuen, ROCK a priori Strahlungsdruckmodell<br />
Urschl 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 67
SLR Residuen<br />
• SLR Residuen, CODE a priori Strahlungsdruckmodell<br />
Urschl 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 68
Zukunft…<br />
• <strong>Galileo</strong> II soll präzise Zwischensatellitenmessungen erlauben<br />
• "Neue Welt" <strong>für</strong> präzise Bahnbestimmung<br />
ESA 2006<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 69
Zusammenfassung <strong>und</strong> Schlussbemerkungen<br />
• <strong>Galileo</strong> verbessert GPS <strong>und</strong> GLONASS.<br />
• <strong>Galileo</strong> soll bis 2013 aufgebaut sein. Es läuft sonst Gefahr, nur eines von<br />
mehreren globalen Satellitennavigationssysteme zu sein.<br />
• Kombination mit anderen GNSS: Verbesserung besser als Wurzel-N?<br />
• Stabilisierung der Lösungen durch Modellierung der Satellitenuhren?<br />
• Resonante Bahnstörungen machen regelmässige Bahnmanöver nötig<br />
• Eine gleichmässige Verteilung der Satelliten in der Bahn verbessert die<br />
Positionierresultate.<br />
• Wechsel von GPS- zu GNSS-Antennen unterbricht Koordinatenzeitserien<br />
<strong>und</strong> beeinträchtigt das Schätzen von Stationsgeschwindigkeiten. An<br />
Referenzpunkten sollte eine GNSS-Antenne zusätzlich zur GPS-Referenzantenne<br />
installiert werden.<br />
• Probleme bei der Modellierung des Strahlungsdruckes finden sich in<br />
verschiedenen Resultaten, z.B. auch Koordinatenzeitserien <strong>und</strong><br />
Geozentrumskoordinaten.<br />
• SLR ist nötig zur unabhängigen Validierung der Bahnmodellierung.<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Astronomische</strong><br />
Geodätisches Kolloquium, Hannover<br />
<strong>und</strong> <strong>Physikalische</strong> <strong>Geodäsie</strong> 70