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5.2 Zum Einfluss von Mehrwege- und Beugungseffekten 43
das Verwenden von Grundplatten nicht ausreichend reduziert (MENGE 2003). Besser geeignet zur Reduktion dieses Einflusses
sind Choke-Ring-Antennen, die die Feldstärke flach einfallender Signale durch lamellenartige Metallringe,
welche konzentrisch um die Empfangsbauteile angeordnet sind, verarbeiten. Diese beiden Antennenarten beeinflussen
durch ihre spezielle Empfangscharakteristik auch die Signale oberhalb des Antennenhorizonts (WEILL 1997).
Da zur Zeit keine einfachen Regeln zur formalen Beschreibung dieser Fehlerquelle bekannt sind, wirkt man dem Auftreten
dieses limitierenden Faktors i.d.R. durch eine sorgfältige, mit Sachverstand durchgeführte Auswahl der Beobachtungspunkte
in einfacher und praxistauglicher Weise entgegen (HEISTER ET AL. 1997), insofern dies möglich ist. Das
Auftreten von Mehrwegeeffekten kann jedoch nicht gänzlich verhindert werden. Bei vorhandenem Mehrwegeeffekt
können Analysen durchgeführt auf Basis der Code-Beobachtungen (z.B. EVANS 1986), der Signalstärke (AXELRAD ET
AL. 1994) oder unter Verwendung anderer Techniken (z.B. GE ET AL. (2002), WIESER (2002), GE ET AL. (2000),
WANNINGER UND MAY (2000)) Abhilfe schaffen.
Zur Reduktion bzw. Elimination von Mehrwegeeinflüssen kann die sich täglich wiederholende geometrische Konstellation
von Satellit, Reflektor und Empfangsantenne genutzt werden. Vorauszusetzen ist dabei, dass keine Veränderungen
in der Stationsumgebung oder durch Satellitenmanöver auftreten. Beachtet werden muss dabei, dass von
der rotierenden Erde aus betrachtet alle Satelliten jeden Tag genähert 236 s früher an derselben Position ihrer Bahn zu
beobachten sind. Die Satelliten haben in dieser Zeit die Erde zweimal umrundet. Die Periode der Wiederholung der
Konstellation ist jedoch bspw. auf Grund der Abhängigkeit von der Flughöhe nicht für alle Satelliten identisch.
Schwankungen zwischen 235 s und 255 s sind dabei für die Abweichung zwischen doppelter Satellitenumlaufzeit und
einem Sonnentag beobachtbar (MENGE UND SEEBER 2000). Bildet man die Differenz zweier GPS-Beobachtungen, für
die o.g. Bedingungen der Konstellationswiederholung gelten, so werden alle Fehlereinflüsse, die lediglich von der
Konstellation zwischen Sendeantenne, Reflektor und Empfangsantenne abhängen, eliminiert. Somit stellt diese
Differenzierungstechnik eine Möglichkeit dar, Mehrwegeeinflüsse zu eliminieren. Da die Periode der Konstellationswiederholung
genähert mit der Länge eines siderischen Tages zusammenfällt, wird dieses Hilfsmittel der Fehlerelimination
in der Literatur teilw. als siderisches Differenzieren bezeichnet.
Signalmehrwege und deren Einflüsse auf GPS-Beobachtungen hängen somit ab von
• Reflektor (z.B. Form, Oberflächenbeschaffenheit, Größe, Material)
• Geometriekonstellation (absolute und relative Lage),
• Instrumentarium (z.B. Antenneneigenschaften),
• GPS-Signal (z.B. Frequenz, Stärke) und
• Beobachtungsgröße (Code bzw. Phase).
Die Einflüsse auf die geschätzten Parameter sind auf Grund der hohen Korrelation innerhalb des Bermuda-Polygons
schwer allgemeingültig zu quantifizieren. Theoretisch ist mit einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit von mehrwegebeeinflussten
Signalen mit zunehmender Zenitdistanz zu rechnen. Allerdings zeigen statistische Auswertungen umfangreichen
Beobachtungsmaterials z.B. von HEISTER ET AL. (1997), dass auf kurzen Basislinien, wobei atmosphärische und
satellitengeometrische Einflüsse leicht eliminiert werden können, die besten inneren Genauigkeiten für E = 5° erzielt
werden können. Daneben kann - wie oben erwähnt - trotz sorgfältiger Auswahl der Beobachtungsörtlichkeit bspw. auf
Grund von logistischen Restriktionen nicht davon ausgegangen werden, dass GPS-Beobachtungen vollständig frei von
Mehrwege- oder Beugungseffekten sind. Deshalb wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein pragmatischer Ansatz
gewählt, bei dem unter Verwendung des Verhältnisses von Signal- und Rauschleistung stations- und instrumentenabhängige
Gewichtsfunktionen zur Kompensation von Mehrwegeeinflüssen verwendet werden. Siehe hierzu auch
Unterkapitel 5.4.
5.2.2 Untersuchungen zum Mehrwegeverhalten im Verdichtungsnetz Antarktische Halbinsel
Zur Detektion, Lokalisierung und Quantifizierung von Signalen, die durch Mehrwegeeffekte gestört sind, wurden verschiedene
Softwareprogramme entwickelt. Anzuführen sind hier beispielhaft die beiden Programme TEQC
(http://www.unavco.ucar.edu/software/teqc/teqc.html) und WaSoft/Multipath (http://www.wasoft.de). Das codebasierte
Freeware-Programm TEQC arbeitet nach dem Prinzip der absoluten Punktpositionierung und ermöglicht die Abschätzung
des Mehrwegeeinflusses auf Codemessungen. Codebeobachtungen werden im Rahmen der hochgenauen
Positionsbestimmung mit der Berner GPS-Software verwendet, um den Empfängeruhrfehler zu bestimmen und zu beseitigen.
Für die letztendlich genutzten, genaueren Phasenbeobachtungen können durch die Analyse dieser Mehrwegeeinflüsse
jedoch keine gesicherten Rückschlüsse gezogen werden. Zur Analyse der Mehrwegebelastung von Phasenbeobachtungen
wird das Programm Multipath der Fa. WaSoft verwendet. Grundvoraussetzung für den Einsatz dieser
Software ist das Vorliegen von Zweifrequenz-GPS-Beobachtungen eines mindestens drei Stationen umfassenden
Netzes. Die Koordinaten der Stationen sollten mit Zentimetergenauigkeit bekannt sein. Die Netzausdehnung soll
möglichst unter 150 km liegen, da dann vernachlässigte atmosphärische Effekte die Mehrwegedetektion nicht negativ