PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

50 5. Stations- und satellitenspezifische Einflussfaktoren
Das am Institut für Erdmessung der Universität Hannover in Kooperation mit der Fa. Geo++ entwickelte Verfahren
ermöglicht die Trennung von prinzipiell korrelierten Einflussparametern. Wie in Kapitel 5.2.3 beschrieben, bestehen
v.a. in niedrigen Elevationen starke Korrelationen zwischen Mehrwegeeinfluss und Signalqualität. Somit ist eine
Elimination der Mehrwegeeinflüsse Grundvoraussetzung für eine qualitativ hochwertige Bestimmung von Antennenkalibrierwerten.
In einer ersten Realisierung wird die grundlegende Überlegung verarbeitet, dass sich nach einem Sterntag die
Satellitenkonstellation wiederholt. Durch die in Kapitel 5.2.1 beschriebene sog. siderische Differenzbildung können die
wiederholt auftretenden Mehrwegeeffekte weitestgehend eliminiert werden. Werden Doppeldifferenzen von siderischen
Differenzen einer kurzen Basislinie gebildet, so fallen sowohl die Uhrfehler als auch die atmosphärischen und
satellitenbahnbedingten Einflüsse auf Grund des geringen Stationsabstands heraus. Da jedoch durch diese Art der
Differenzbildung ebenso die zu bestimmenden Antennenfehler eliminiert werden, erfolgt unter Verwendung eines
Roboterarms ein wohl bestimmtes Drehen und Kippen der zu kalibrierenden Antenne. Somit werden durch diesen Ansatz
lediglich die Einflüsse der zweiten nicht zu kalibrierenden Antennen eliminiert, was trotz differenzieller Auswertestrategie
absolute Antennenmodelle liefert. Weitere Vorteile dieses Verfahrens liegen in der Verwendung von
echten GPS-Signalen sowie in einer homogenen und dichten Überdeckung der Antennenhemisphäre mit Beobachtungen.
Zudem wird die zu kalibrierende Antenne gekippt, dadurch können Phasenkorrekturen basierend auf
qualitativ hochwertigem Beobachtungsmaterial bestimmt werden. Dies führt für Korrekturwerte, die für den Bereich
des Antennenhorizonts bestimmt werden, zu einer erheblichen Genauigkeits- und Zuverlässigkeitssteigerung. Die erzielten
inneren Genauigkeiten dieses Verfahrens liegen für Elevationsbereiche größer (kleiner) als 5° bei 0.2-0.3 mm
(0.4 mm). Die L1-Wiederholbarkeiten werden mit 0.5 mm für den Elevationsbereich E = [10°; 90°] angegeben. Für
niedrige Elevationen werden ungefähr doppelt so große Werte angenommen.
Eine Weiterentwicklung dieser zeitaufwändigen, zweitägigen Kalibriermethode ist in SCHMITZ ET AL. (2003) und
WÜBBENA ET AL. (2000) beschrieben. Dabei werden undifferenzierte GPS-Beobachtungen in Echtzeit unter Ausnutzen
der hohen Korrelation von Mehrwegeeffekten konsekutiver GPS-Daten als stochastische Prozesse behandelt. Wiederum
ermöglicht das in diesem Fall schnell ausgeführte Bewegen der zu kalibrierenden Antenne die Elimination von Mehrwegeeffekten
und Phasenzentrumsvariationen, ohne auf das Hilfsmittel der siderischen Differenzbildung zurückgreifen
zu müssen.
5.3.3 Zum Einfluss der GPS-Antennenmodellierung
Die Strategien, die bei der Schätzung der verschiedenen Korrekturmodelle für GPS-Empfangsantennen verwendet werden,
sowie die ermittelten Modelle selbst unterscheiden sich teilw. grundlegend. Die Einflüsse, die sich daraus
theoretisch auf die Observablen ergeben, hängen u.a. von
• der Länge der Basislinie bzw. der Netzausdehnung,
• den verwendeten Antennen und
• der Ausrichtung der Antennen
ab. Bei geringen Stationsabständen und bei vollkommen identischem Verhalten der Antenne werden durch Empfängereinfachdifferenzen
die Einflüsse des Korrekturmodells eliminiert. Weisen die Antennenmodelle Unterschiede auf
(unterschiedliche Antennen, Unterschiede innerhalb einer Serie), so wird auch für kurze Basislinien die Berücksichtigung
von Phasenzentrumsvariationen notwendig. Bei gleicher Ausrichtung können relative Phasenzentrumsvariationen
verwendet werden. Mit zunehmender Länge der Basislinie reichen auch für baugleiche Antennen auf Grund
der Änderung der Orientierung von Sende- und Empfangsantennen relative Antennenmodelle nicht mehr aus. Es werden
absolute Korrekturwerte benötigt. Dies gilt im Besonderen bei großräumigen Anwendungen, die eine Parallelausrichtung
der GPS-Antennen bspw. auf Grund von großen Punktabständen oder polnahen Vermessungen (rasche
Änderung der magnetischen Deklination) nicht garantieren können. Bei diesen Anwendungen verlaufen die lokalen
Nord- und Zenitrichtungen auf beiden Stationen nicht parallel. Deshalb werden Satellitensignale des gleichen Satelliten
auf verschiedenen Stationen aus unterschiedlichen Richtungen (Elevation, Azimut) empfangen (Basislinienlänge: 1000
km (1500 km), Elevationsunterschied: 3° (5°)). Dies führt dazu, dass durch das Hilfsmittel der Differenzbildung keine
Elimination des Fehlereinflusses der Antennenmodelle erfolgt.
Durch absolute Kalibrierverfahren ist eine unabhängige Validierung der hinsichtlich der Referenzantenne bei relativen
Kalibrierverfahren getroffenen Annahmen möglich. SCHMITZ ET AL. (2003) zeigen, dass die Annahmen bspw. einer
nicht vorhandenen Elevationsabhängigkeit der Referenzantenne (AOAD/M_T) für hochgenaue praktische Anwendungen
nicht haltbar sind. Die detektierten Unterschiede sind u.a. abhängig von der analysierten Linearkombination.
Wird die L3-Linearkombination betrachtet, können maximale systematische Fehler auftreten.