PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

5.4 Beeinflussung der Signalqualität durch stationsspezifische Einflussfaktoren 59
• stationsspezifische Einflüsse,
• Störsignale und
• Empfangseinheit
beeinflusst. Klammert man Störsignale aus, so kann als Faustregel angenommen werden, dass die Signalstärke mit
zunehmender Zenitdistanz abnimmt, da atmosphärische und stationsspezifische Einflüsse zunehmen. Auf Grund der
speziellen Charakteristik der GPS-Sendeantennen kann die Signalstärke ab E = 65° leicht abnehmen (BUTSCH UND
KIPKA 2004). Ein weiterer wichtiger, die Signalqualität limitierender Einflussfaktor besteht durch Störsignale. Je nach
Dauer, Intensität und Abstand der Frequenz des Störsignals zu den GPS-Frequenzen wurden Auswirkungen auf die
Genauigkeit des Positionsfehlers bis in den Meterbereich festgestellt. Teilweise können diese Störungen auch zum vollständigen
Signalabriss führen. Neben diesen Einflussfaktoren kommt dem verwendeten Instrumentarium eine wichtige
Rolle zu. KOLB (1999), BRAUN UND ROCKEN (1995) oder BRUNNER UND TREGONING (1994a) zeigen bspw. mit Zero-
Baseline-Untersuchungen auf, dass unterschiedliche GPS-Ausrüstungen signifikant unterschiedliche Empfangscharakteristika
v.a. in niedrigen Elevationen aufweisen können.
Für die im Rahmen der SCAR-Kampagnen hauptsächlich verwendeten GPS-Empfänger (Trimble 4000 SSE sowie SSi)
beschreibt BUTSCH (1997) ausführliche Labor- und Felduntersuchungen zur Abschätzung des Einflusses von Störsignalen
auf die Empfangsleistung. BONA UND TIBERIUS (2000) weisen für Trägerphasenbeobachtungen aufgezeichnet
mittels 4000SSi-Empfängern ein Grundrauschen nach, welches, da die innere Messgenauigkeit besser als 0.1% der
zugehörigen Wellenlänge ist, im Submillimeterbereich liegt. Werden Beobachtungen in niedrigen Elevationen erfasst,
so resultiert auf Grund des Receiver/Antennen-Designs teilweise ein schlechtes S/NR der L2-Trägerwelle. Für Basislinien,
die länger als 100 km sind, ist der Einfluss des Receiver-Noise i.d.R. geringer als der atmosphärische Restfehler
(ZHANG 1999b).
Ein Problem bei der Analyse von Signal-Rausch-Verhältnissen besteht darin, dass die Gerätehersteller das S/NR nicht
standardisiert, herstellerunabhängig, wohl definiert und normiert zur Verfügung stellen. Im Folgenden soll beispielhaft
auf das S/NR von SSi-Empfängern der Firma Trimble eingegangen werden. GPS-Empfänger dieser Serie stellen
normierte Maßzahlen für die Signalstärke zur Verfügung. Diese Maßzahlen entsprechen Messungen, die innerhalb einer
Bandbreite von 1 kHz durchgeführt wurden und werden in sog. AMU 5-16 -Werten angegeben. Die Umrechnung von
AMU-Werten in S/NR-Werte erfolgt nach COLLINS UND STEWART (1999) mittels
S/NR [dB @ 1 kHz] = 20lg(S/NC [AMU]) – 3 [dB]. (5-10)
Um die gewöhnlich verwendeten, um 30 dB erhöhten und mit Empfängern anderer Hersteller besser vergleichbaren
C/N0-Werte (Carrier to Zero Noise) zu erhalten, geben COLLINS UND STEWART (1999) die Gleichung
an.
C/N0 [dB @ 1 Hz] = 27 + 20lg(S/NC [AMU]) (5-11)
5.4.2 Gewichtung von GPS-Beobachtungen
Die Beurteilung der Signalqualität mittels S/NR-Werten steht in enger Verbindung mit den sog. Gewichtsfunktionen fPP
von GPS-Auswerteprogrammen. Gewichtsfunktionen werden zur Skalierung des Einflusses von undifferenzierten GPS-
Beobachtungen verwendet. Qualitativ gute Beobachtungen werden hohe Gewichte zugeordnet, wohingegen Beobachtungen,
die eine schlechte Qualität aufweisen, geringe Gewichte erhalten. Im Rahmen von GPS-Auswertungen werden
den originären Beobachtungen somit a priori Genauigkeiten zugewiesen, woraus bspw. Genauigkeiten für Linearkombinationen
oder Differenzen abgeleitet werden können. Die Besetzung der Varianz-Kovarianz-Matrix ist ebenfalls
hiervon abhängig.
Wird davon ausgegangen, dass auf Grund des kurzen Weges durch die Erdatmosphäre und bei fehlenden Hindernissen
in Nähe des lokalen Zenits Beobachtungen erfasst werden, die eine gute Qualität besitzen, so sollten diese Messungen
die höchsten Gewichte bzw. die niedrigsten Genauigkeiten erhalten. Schlechtere Beobachtungen sollten geringere Gewichte
aufweisen, um ihren Einfluss zu minimieren. Somit ist eine Gleichgewichtung aller Beobachtungen mit
fPP = 1 (5-12)
nicht zweckmäßig. Besser geeignet sind Gewichtsfunktionen in Abhängigkeit von der Signalrichtung. Dazu werden
i.d.R. rotationssymmetrische Ansätze genutzt, die eine Berechnung der Gewichte bzw. der Genauigkeiten in Abhängigkeit
von der Elevation E bzw. von der Zenitdistanz z ermöglichen. Eine häufig verwendet Funktion ist mit
fσσ = sin -2 E = cos -2 z (5-13)
5-16 Teilweise als Arbitrary Manufactorer Units bezeichnet.