PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

5.3 Zur Antennenmodellierung als Einflussfaktor 47
Existiert durch Messungen oder per Definition eine Näherung für die Position des Phasenzentrums, so kann die Abweichung
der aktuellen Phasenlage in Abhängigkeit von der Signalrichtung modelliert und als relativer Korrekturwert
angebracht werden (Phasenzentrumsvariation). Diese Korrekturwerte können bspw. ausreichend genau durch
Reihenentwicklungen nach Kugelflächenfunktionen approximiert werden. Weiterhin sind die meisten Antennencharakteristika
in guter Näherung durch rotationssymmetrische Funktionen, unabhängig von azimutalen Variationen
beschreibbar. Ein die richtungsabhängige, dreidimensionale und frequenzabhängige Lage der Phasenzentren von
Empfangsantennen beschreibendes Modell setzt sich somit aus einem Offset sowie richtungsabhängigen und frequenzabhängigen
Variationen zusammen. Dieser Sachverhalt wird in Abbildung 5-5 visualisiert, wobei hier auf die üblicherweise
verwendete Darstellung der Phasenzentrumsvariationen als Abweichungen von der idealen Kugelform verzichtet
wird.
Abbildung 5-5: Definition des Phasenzentrums
Damit GPS-Antennen überhaupt in der geodätischen Praxis eingesetzt werden können, wird eine außerhalb des
Antennenkorpus liegende, physikalisch wohldefinierte Referenz benötigt, auf welche bspw. bei der Bestimmung der
Instrumentenhöhe (Antennenhöhenmessung) oder anderer Zentrierungselemente Bezug genommen werden kann. Dies
ist notwendig da die Phasenzentren von außen nicht erreichbar sind. Diese Referenz wird als Antennenreferenzpunkt
(engl.: antenna reference point) bezeichnet. Der Antennenreferenzpunkt fällt nach IGS-Konvention mit mechanischen
Symmetrieachsen zusammen. In diesem Punkt wird ein antennenfestes Koordinatensystem (x1-Achse: Nordrichtung, x2-
Achse: Ostrichtung, x3-Achse: Zenit) errichtet, wodurch die Position des elektrischen Phasenzentrums beschrieben
werden kann.
5.3.2 Korrekturmodelle für GPS-Empfangsantennen
Setzt man voraus, dass jede GPS-Antenne in einzigartiger Weise den Empfang von GPS-Signalen beeinflusst, so sind
zwei prinzipiell unterschiedliche Strategien zur Berücksichtigung dieses Effektes möglich (GEIGER 1988). Einerseits
kann eine Modellierung angestrebt werden, andererseits eine Symptombekämpfung. Die Modellierung wird an der
Komplexität bspw. der GPS-Signalstruktur scheitern. Deshalb wird in der geodätischen Praxis die Symptombekämpfung
(GEIGER 1988) mittels Korrekturmodellen angewandt, dabei wird die Wirkung losgelöst von der Ursache
modelliert. Die Korrekturmodelle werden durch Antennenkalibrierungsverfahren bestimmt. Die Berücksichtigung von
Antennenkalibrierungen wird notwendig, sobald die zu bestimmenden Koordinatenunterschiede mit Zentimetergenauigkeit
gefordert werden.
Kalibrierverfahren werden in absolute und relative Verfahren eingeteilt. Weiterhin wird zwischen Feld- und Laborkalibrierung
unterschieden. Eine weitere Klassifikation kann hinsichtlich der Modellbildung, die der Kalibrierung zu
Grunde liegt, erfolgen, sowie an Hand der ermittelten Resultate. Prinzipiell können entweder
• mittlere Phasenzentrumsoffsets,
• mittlere Phasenzentrumsoffsets und elevationsabhängige Phasenzentrumsvariationen oder
• mittlere Phasenzentrumsoffsets sowie elevationsabhängige und azimutale Phasenzentrumsvariationen
ermittelt werden.
5.3.2.1 Relative GPS-Antennenkalibrierung
Es werden GPS-Antennen im Feld auf Basis der Phasenbeobachtungen relativ zu einer Referenzantenne kalibriert.
Somit ist die Bestimmung in Gebrauchslage prinzipiell möglich. Dies bedeutet, dass lediglich Unterschiede zur Referenzantenne
bestimmbar sind. Die Empfangscharakteristik der Referenzantennen ist a priori bekannt oder wird, wie
z.B. im Falle der vom NGS und IGS verwendeten Referenzantenne (Dorne Margolin T, AOAD/M_T), per Definition