PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

48 5. Stations- und satellitenspezifische Einflussfaktoren
(ROTHACHER UND SCHMID 2002) festgelegt. Dieses am weitesten verbreitete Kalibrierungsverfahren wird unter der
Annahme durchgeführt, dass auf Grund eines geringen Punktabstands (1 ... 100 m) alle Fehlerquellen mit Ausnahme
des zu schätzenden Antennenmodells verschwindend klein sind, hinreichend gut modelliert werden können oder auf
Grund von langen Beobachtungszeiten stark reduziert werden. Die Bestimmung des mittleren dreidimensionalen
Offsets wird vor der Festlegung der Phasenzentrumsvariationen optimiert für einen gewählten minimalen Elevationswinkel
durchgeführt.
Der Fachliteratur sind verschiedene Verfahren zur Ableitung von relativen Kalibrierungswerten zu entnehmen, bei
denen entweder die Basislinienendpunkte (i.d.R. Pfeiler) exakt bekannt sein müssen oder mittels Antennentausch bestimmt
werden können. Durch die Rotation beider Antennen wird die genaue Kenntnis des Raumvektors zwischen
Referenz- und zu kalibrierender Antenne obsolet. Eine Veränderung an der Referenzantenne sollte jedoch vermieden
werden (WANNINGER 2002). Das Drehen bspw. um 180° der zu kalibrierenden Antenne ist auf Grund des sog. Nordlochs
5-9 Grundvoraussetzung für die Schätzung von absoluten horizontalen, auf Koordinatenbasis ermittelten Phasenzentrumsfehlern,
welche als Offsetwerte interpretiert werden können. Ein solches Vorgehen ist für die Verwendung der
ermittelten Korrekturmodelle an von der Kalibrierörtlichkeit abweichenden Aufstellungen notwendig. In diesem Zusammenhang
muss jedoch beachtet werden, dass die ermittelten Korrekturwerte streng genommen nur für die Kalibrierörtlichkeit
(z.B. geographische Lage, Satellitenkonstellation, Antennennahfeld) Gültigkeit besitzen.
I.d.R. wird bei relativen Kalibrierverfahren auf das prinzipiell mögliche Schätzen von relativen azimutabhängigen
Phasenzentrumsvariationen verzichtet, obwohl GPS-Antennen mit teilweise großen azimutalen Abhängigkeiten bekannt
sind (ROTHACHER ET AL. 1996), da elevationsabhängige Phasenzentrumsvariationen dominieren (SCHMITZ ET AL. 2003).
Die ermittelten Offsets von Einzelkalibrierungen können zur Aufdeckung von Ausreißern innerhalb einer Baureihe
verwendet werden. WANNINGER (2001) bzw. SCHULTE (2001) beschreiben Entwicklungen, um dieses Verfahren durch
motorisiertes Drehen der zu kalibrierenden Antennen zu beschleunigen und qualitativ zu verbessern. Ein wohldefiniertes
Kippen würde das Schätzen von absoluten Höhenoffsets ermöglichen, allerdings ist dies i.Allg. nicht mit der
notwendigen mechanischen Präzision und Zuverlässigkeit möglich.
Mittels relativer Kalibrierverfahren sind somit absolute (relative) horizontale (vertikale) Offsets und relative i.d.R.
lediglich elevationsabhängige Variationen des Phasenzentrums schätzbar.
Von verschiedenen Institutionen werden permanente Antennenkalibrierfelder betrieben bzw. wurden umfangreiche
Feldkalibrierungskampagnen durchgeführt (z.B. MADER (1999), ROTHACHER (1999a), KANIUTH (1999a), WANNINGER
UND BÖHME (1999), ROTHACHER ET AL. (1996), BREUER ET AL. (1995)). Das teilweise leicht modifiziert angewandte
Verfahren basiert auf Einfach- oder Doppeldifferenzen. Durch die Analyse der auftretenden Residuen können, nachdem
mittlere Offsets bestimmt wurden, mittels Polygon- 5-10 oder Polynomansätzen 5-11 (stückweise lineare Funktionen,
kubische Splines) oder Kugelflächenfunktionen 5-12 (elevationsabhängig: Grad 8-10, Ordnung 0; elevationsabhängige
und azimutale Variationen: Grad 8-10, Ordnung 5) Phasenzentrumsvariationen ausreichend genau geschätzt werden.
ROTHACHER ET AL. (1995) sind weiterführende Angaben zur hierbei angewandten Auswertestrategie zu entnehmen.
Die Nachteile der relativen Antennenkorrekturmodelle liegen v.a. in der Abhängigkeit der ermittelten Ergebnisse von
der verwendeten Referenzantenne und der Örtlichkeit. Abschattungen z.B. durch umliegende Gebäude oder Bewuchs
sollten bei der Ermittlung von repräsentativen Kalibrierungswerten ebenso ausgeschlossen werden wie die Signalbeeinträchtigung
bspw. durch Störsender. Mehrwegeeffekte können sowohl an der Referenzantenne als auch an der zu
kalibrierenden Antenne nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Weiterhin ist die Qualität (z.B. Signal-Rausch-Verhältnis)
horizontnaher GPS-Beobachtungen im Vergleich zu den übrigen empfangenen GPS-Signalen minderwertig.
Zur Detektion möglicher Restfehler, die auf Mehrwegeeffekte zurückzuführen sind, bieten sich alternative, kontrollierende
Kalibrierungen an anderen Örtlichkeiten an. Trotz der o.g. Einschränkungen hat das Verfahren der relativen
Antennenkalibrierung in der gängigen geodätischen Praxis u.a. aus Gründen der Wirtschaftlichkeit Einzug gehalten. Die
am häufigsten verwendeten relativen Antennenkorrekturmodelle werden hierbei durch den IGS zur Verfügung gestellt
bzw. am NGS ermittelt.
Im Rahmen der NGS-Kalibrierung werden die mittleren Offsets mittels Doppeldifferenzen, die Phasenzentrumsvariationen
hingegen auf Basis von Einfachdifferenzen geschätzt. Da bei der Verwendung von Einfachdifferenzen Uhrunterschiede
zwischen den beiden Empfängern bestehen können, wird eine externe Frequenzreferenz (Rubidiumoszillator)
verwendet. Dabei werden auf einer exakt in Nord-Süd-Richtung verlaufenden ca. 5 m langen Pfeilerbasislinie
(Beobachtungsdauer: 24 h, Pfeilerhöhe: 1.8 m) die mittleren Offsets sowie die elevationsabhängigen Phasen-
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Bereich mittlerer nördlicher Breite, in dem auf Grund der Satellitenbahngeometrie keine GPS-Signale empfangen werden.
5-10
z.B. ROTHACHER ET AL. (1995) oder KANIUTH ET AL. (1998)
5-11
z.B. BREUER ET AL. (1995)
5-12
z.B. ROTHACHER ET AL. (1995), WÜBBENA ET AL. (1997) oder MENGE (2003)