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Untersuchungen des Standardunterbaus FG-ANA 100B Untersuchung zu Nahfeldeffekten

Reflexion und Beugung von Satellitensignalen in der direkten Umgebung der GNSS Antenne führen zu langperiodischen Mehrwegeeffekten, die sich auch durch eine lange Beobachtungsdauer (z.B. 24h) nicht herausmitteln und die Koordinatenergebnisse systematisch verfälschen. Prominente Beispiele für solche Reflektoren sind die Antennenunterbauten wie Dreifüße, Stativteller, Pfeilerabschluss, Dachbereiche von Fahr- oder Flugzeugen oder die Außenhaut von Satelliten. Gleichzeitig können die elektrischen Eigenschaften der GNSS Antennen durch die Unterbauten verändert werden. Am Institut für Erdmessung wurden mit dem Verfahren der absoluten Antennenkalibrierung verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss von Nahfeldeffekten auf die Phasenzentrumsvariationen und Offsets abzuschätzen. Dazu wird eine Kalibrierung der Antenne mit dem Unterbau oder dem Modells der direkten Antennenumgebung durchgeführt. Die Ergebnisse werden dann mit einer Kalibrierung ohne Unterbau verglichen. Die bisher durchgeführten Untersuchungen belegen die Notwendigkeit, auch den Einfluss des Nahfeldes im Zuge einer Antennenkalibrierung zu bestimmen. Ausgewählte Literatur: Dilßner F. (2008): Zum Einfluss des Antennenumfeldes auf die hochpräzise GNSS-Positionsbestimmung. Dissertation. Wissenschaftliche Arbeiten des Fachrichtung Geodäsie und Geoinformatik der Leibniz Universität Hannover Nr.253. Schön, S. and F. Dilßner (2007): Challenges for GNSS-based high precision positioning - some geodetic aspects. In: Kaiser, T., Jobmann, K., Kyamakya,K. (Eds.) Proceedings of the 4th Workshop on Positioning, Navigation and Communication 2007 (WPNC07). Shaker, 229 - 237, 2007.

Untersuchungen im Vorfeld der Erneuerung des deutschen Haupthöhennetzes Im Vorfeld der Kampagne zur Erneuerung des deutschen Haupthöhennetzes wurde der Einfluss verschiedener Unterbauten auf statische Messungen für unterschiedliche Antennen und Elevationsmasken (5°, 8°, 15°) untersucht. Abb. (1) zeigt die unterschiedlichen Unterbauten (a) Metallplatte mit Zeiss-Dreifuß, (b) Stativteller mit Zeiss-Dreifuß und (c) ein Adapter zur direkten Höhenmessung mit Wild Dreifuss (LVG Sachsen-Anhalt).

Die Auswirkungen auf die Koordinaten sind in Abb.(2) dargestellt. Maximale Effekte können hier bis zu 18 mm betragen

Abbildung 2: L0 ohne Troposphärenschätzung Die Arbeiten wurden durch eine Schenkung der Ernst-Simons-Stiftung für F. Dilßner ermöglicht und in Kooperation mit Geo++ durchgeführt.

Untersuchung der GPS Antennen für den GOCE Satelliten Im Rahmen der europäischen GOCE Mission (Gravity field and Steady state Ocean Circulation Explorer) wird ein hoch genaues Satellite-to-Satellite Tracking Instrument für die Echtzeitnavigation des Satelliten und die präzise Orbitbestimmung eingesetzt. Dieses besteht aus zwei GPS Antennen, die direkt auf dem metallischen, mit Solarzellen versehenen Flügel des GOCE Satelliten angebracht sind. Um die GPS Antennen bezüglich ihres Phasenzentrums und ihrer Empfindlichkeit zu charakterisieren wurden verschiedenen Tests am IfE durchgeführt. Die Ergebnisse haben zur Validierung der Simulationsstudien von ESTEC wie auch der Untersuchungen in einem mikrowellentoten Raum durch die Antennenhersteller beigetragen. « Untersuchung der GPS Helix-Antenne zusammen mit einem Ausschnitt des Flügels des GOCE- Satelliten auf dem IfE Roboter. Diese Projekt wurde durch die ESA finanziert (ESTEC Contract No. 19069/05/NL/FF) und in Kooperation mit Geo++, Alenia SPAZIO und ESA/ESTEC durchgeführt.

Ausgewählte Literatur: Toso, G., M. Manzanares, A. Torre, F. Dilßner, G. Seeber, M. Schmitz, G. Wübbena, D. Maeusli (2006): GPS antenna phase characterisation for the ESA GOCE mission via anechoic chamber measurements, numerical simulations and live automated absolute calibration. - Poster presented at first European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2006), November 6-10, Nice, France. Dilßner, F., G. Seeber, M. Schmitz, G. Wübbena, G. Toso, D. Maeusli (2006): Characterisation of GOCE SSTI Antennas. - ZfV, Zeitschrift für Vermessungswesen, 131, Heft 2, 61-71. Dilßner, F., G. Seeber, M. Schmitz, G. Wübbena, G. Toso, D. Maeusli (2005): Characterisation of GOCE GPS Antennas. Poster presented at Geodätische Woche 2005, October 4.-6., Düsseldorf, Germany.

Ansprechpartner Prof. Dr.-Ing. Steffen Schön  zurück zur Übersicht "Forschung am IFE"

Untersuchungen des Standardunterbaus FG-ANA 100B

Um stationsabhängige Variationen im Nahfeld der Antennen zu verhindern, wurde für die DHHN Kampagne 2006 - 2011 ein einheitlicher Unterbau gewählt. Diese Nahfeldeinflüsse lassen sich kontrolliert in die Umgebung der Antenne einbringen, wenn bei der Kalibrierung der Nahbereich der Antenne in Geometrie und äußerer Orientierung genau festgelegt ist. Hierzu wurden Untersuchungen mit einer Trimbleantenne TRM33429.20+GP (S/N 0220132683) sowie dem standardisierten Antennenhöhenmessadapter FG-ANA 100B (Stativ Freiberger Dreifuss - SFD) in unterschiedlichen Anordnungen und zwei verschiedenen Empfängern (Javad Legacy und Trimble 4700) durchgeführt. In den Abbildungen 1-4 sind die unterschiedlichen Setups dargestellt. Der Antennenhöhenmessadapter wurde freundlicher Weise von der LGN Hannover zur Verfügung gestellt.

Abbildung 1: Darstellung der während der Untersuchungen verwandten Unterbauten. Im Setup (1) wurde die TrimbleantenneTRM33429.20+GP ohne jeglichen Unterbau kalibriert, die Setups (2) - (4) sind leicht unterschiedlich angeordnet um den Einfluss des Nahfeldes detailliert untersuchen zu können. Um einen strengen Vergleich der Phasenvariationen durchzuführen, wurden die individuellen Phasenzentren auf ein einheitliches Phasenzentrum (Kalibrierung mit SFD) transformiert. Die Ergebnisse zeigen ein deutlich unterschiedliches Verhalten der PCV der unterschiedlichen Setups (bis zu 4 mm) auf dem Signal L1 für den Bereich niedriger Elevationen (0-20°). Die Verwendung unterschiedlicher Empfängerhardware konnte ebenfalls detektiert werden. Für einen JPSLegacy und einen Trimble 4700 wurde dies in diesem Experiment gezeigt. Auf dem Signal L1 traten keine signifikanten Unterschiede auf.

« Abbildung 2: Zusammenstellung der elevationsabhängigen Phasenvariationen bei der Kalibrierung unterschiedlicher Antennen mit unterschiedlichen Unterbauten und verschiedener Empfängerhardware. Dargestellt sind die dPCV bezüglich der Kalibrierung mit standardisiertem Unterbau. Auf L1 ist unterschiedliches Verhalten der Antennenunterbauten zu sehen. Auf dem Signal L2 hingegen wird das Verhalten der individuellen Empfänger deutlich, welches auf die unterschiedliche interne Signalverarbeitung (Trackingalgorithmen) zurückzuführen ist.

Klicken Sie hier zum Laden einer größeren Version der Abbildung 2. Hingegen waren auf dem Signal L2 Differenzen von 3-4mm bei identischem Antennenaufbau zu bemerken, die auf die individuelle Signalverarbeitung der verwendeten Empfänger zurückzuführen sind. Schließlich kann die Linearkombination, die zur Auswertung der GPS Messungen angewendet wird, den Effekt des Nahfeldes noch verstärken. Ansprechpartner Dipl.- Ing. Tobias Kersten  zurück zur Übersicht "Forschung am IFE"

aktualisiert vom webmaster am 09.03.2010

Institut für Erdmessung

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