PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

58 5. Stations- und satellitenspezifische Einflussfaktoren
A2ABS = A1ABS – A1REL + A2REL. (5-6)
Die Analyse von mit einem minimalen Elevationswinkel von 10° durchgeführten Vergleichsberechnungen erbrachte
keine signifikant variablen Ergebnisse.
5.4 Beeinflussung der Signalqualität durch stationsspezifische Einflussfaktoren
Stetige Verbesserungen des Sensors GPS sorgen für gesteigerte Ansprüche an das GPS. Ein Beispiel hierfür ist die
Nutzung von GPS-Beobachtungen, die in Horizontnähe empfangen werden. Diese Daten zeichnen sich i.d.R. durch eine
schlechte Qualität aus, so dass Standardverfahren zur Datenverarbeitung nicht ausreichen. Werden GPS-Beobachtungen
mit dem Ziel erfasst, hochgenaue Punktbewegungen zu bestimmen, so besteht die in Kapitel 4.2.3 beschriebene
Wechselwirkung zwischen der Trennbarkeit geschätzter Parameter und der Auswertestrategie. Für eine bessere Trennbarkeit
bspw. von Höhenkomponente und neutrosphärischen Zusatzparametern ist die Nutzung von GPS-Beobachtungen
aus niedrigen, horizontnahen Elevationen zweckmäßig. Zur Beurteilung der Qualität dieser Daten und zur Ermittlung
von geeigneten Beobachtungsgenauigkeiten kann das Verhältnis von Signal- und Rauschleistung verwendet
werden. Die beiden folgenden Unterkapitel vermitteln einerseits Grundlagen (Kapitel 5.4.1), andererseits wird in
Kapitel 5.4.2 ein geeignetes Modell entwickelt, um die im Gebiet der Antarktischen Halbinsel horizontnah erfassten
GPS-Beobachtungen nutzen zu können; dabei wird gleichzeitig stationsspezifischen Einflussfaktoren (z.B. Mehrwegeeffekten)
Rechnung getragen.
5.4.1 Zur Nutzung der Signalqualität bei GPS-Beobachtungen
Durch die kontinuierliche Verbesserung der GPS-Modellbildung haben stationsspezifische Einflussfaktoren an Bedeutung
gewonnen. In Kapitel 5.2 wurden in diesem Kontext Mehrwegeeinflüsse diskutiert, die die Signalqualität von
GPS-Beobachtungen beeinflussen. Ein Maß zur Beurteilung der GPS-Signalqualität ist das sog. Signal-Rausch-Verhältnis
(engl.: signal to noise ratio, S/NR). Diese Maßzahl entspricht dem Quotienten aus Signal- und Rauschleistung.
Das S/NR bestimmt maßgeblich die erreichbare Genauigkeit bei GPS-Messungen, da bspw. eine Verringerung des
Signal-Rausch-Verhältnisses um den Faktor 2 (3 dB) die Messgenauigkeit um den Faktor 1.4 verschlechtert (BUTSCH
1997). Bei der GPS zu Grunde liegenden Entfernungsmessung ist nach BUTSCH UND KIPKA (2004) der begangene
Messfehler umso kleiner, je stärker das empfangene Signal und je schwächer das Rauschen ist. Die Stärke eines Signals
wird in der Signaltheorie durch die Amplitude (A [V]) oder durch die Leistung (S [W]) angegeben. GPS-Signale sind
modulierte Signale, deshalb wird zusätzlich eine Unterscheidung zwischen den Leistungen des unmodulierten Trägersignals
(C, engl.: carrier) und des modulierten Signals (S) notwendig. Im Zuge der Signalverarbeitung wird das
modulierte Signal gefiltert, um Stör- und Rauschsignale benachbarter Frequenzbereiche zu eliminieren, deshalb ist die
Signalleistung S unwesentlich geringer als die Leistung C des Trägersignals. C wird i.d.R. der Empfangsantenne zugeordnet,
während S im Empfänger (Korrelatorausgang) gemessen wird.
Die im GPS-Empfänger auftretende Stör- bzw. Rauschleistung N (engl.: noise) ist hauptsächlich in der Wärmestrahlung
umliegender Objekte und durch Signalverstärkung der GPS-Empfänger begründet. Die Rauschleistung N wird i.d.R.
durch
N = N0BL (5-7)
angegeben. Dabei entspricht N0 der Rauschleistungsdichte und BL der Schleifenbandbreite (engl.: loop bandwidth),
gemessen in der Einheit Hertz. Gleichung (5-7) wird im Folgenden in logarithmischer Schreibweise
N [dB] = N0 [dB/Hz] + BL [dBHz] (5-8)
verwendet. Der Quotient aus Signal- und Rauschleistung kann nun prinzipiell durch C bzw. S sowie die zugeordnete
Rauschleistung gebildet werden. Die beiden Maßzahlen unterscheiden sich nicht signifikant, da sowohl die Signal- als
auch die Rauschleistung auf dem Weg von Antenne zu Korrelator um den selben Faktor ca. 10 10 (100 dB) erhöht wird.
Zur besseren und schnelleren Signalfindung kann BL im Zuge der GPS-Messung variiert werden, deshalb ist eine
Normierung des S/NR auf eine ausgezeichnete Bandbreite i.d.R. 1 Hz notwendig. Somit ergibt sich allgemein
S
S
[ dBHz]
= 10log
[ dBHz]
+ BL
[ dB]
, (5-9)
N 0
N
dabei wird von Leistungsangaben auf Verhältnisse von Leistungsangaben übergegangen, wodurch sehr große Werte
resultieren können. Um dies zu vermeiden, werden logarithmische Maße zur Basis 10 verwendet.
Das S/NR wird u.a. durch
• Sendeleistung,
• atmosphärische Einflüsse,