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Folie 121. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Zum Einfluss nicht modellierter Antennenphasenfehler auf die präzise
Positionsbestimmung
Florian Dilßner, Günter SeeberInstitut für Erdmessung
Leibniz Universität Hannover
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Folie 221. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Untersuchungen im Positionsraum
ant2pos 1.2 (C) Dipl.-Ing. Florian Dilssner
Usage: ant2pos ddd stat [ant-file] [options]
Options: +c estimate receiver clock parameter
+d estimate receiver hardware delay between L1 and L2 (use only with +lx)
+tz[l] estimate tropospheric zenith delay with correlation length of l hours [infinite]
+th[l] estimate tropospheric horizontal gradients with correlation length of l hours [infinite]
+k estimate kinematic positioning parameters
+dd estimate parameters within double-difference-model
+e[n] set elevation cut-off angle to n degree [0]
+bw,s set begin of time-window to week w and second s
+ew,s set end of time-window to week w and second s
+s[l] set sampling rate to l seconds [15]
+p[b,l] set longitude b and latitude l for local data processing [52.4,9.8]
+h[n] set height of virtual multipath-reflector to n meter [1]
+r[n] set reflectivity of virtual multipath-reflector to n [0.2]
+ab[n] automatic processing for all longitudes using a stepsize of n degree [1]
+al[n] automatic processing for all latitudes using a stepsize of n degree [1]
+ah[n] automatic processing up to reflector-height 0.0 meter using a stepsize of n meter [0.01]
+ar[n] automatic processing up to reflector-coefficient 0.0 using a stepsize of n [0.01]
+mb use black-wet-mapping-function
+mc use chao-wet-mapping-function
+mh use herring-wet-mapping-function
+mi use ifadis-wet-mapping-function
+mn use niel-wet-mapping-function (default)
+mo use hopfield-wet-mapping-function
+ms use sinus-mapping-function
+l0 use ionospheric-free signal L0 (default)
+l1 use only carrier signal L1
+l2 use only carrier signal L2
+lx use combined signal Lx
+w use elevation-dependent weighting
+q[b,l] use only satellites visible also on longitude b and latitude l [52.4,9.8]
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Folie 321. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Stochastische Modellierung
Parameter Prozess
Troposphäre (Gradient) Random-Walk
Koordinaten („statisch“) Random-Constant
Koordinaten („kinematisch“) White Noise
Empfängeruhrfehler White Noise
Laufzeitverzögerung Random-Walk
Troposphäre (ZWD) Gauß-MarkovRandom-WalkRandom-Constant
Messrauschen White Noise
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Folie 421. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Troposphärenmodellierung
44444444 344444444 2143421321
GradienterHorizontal
en
ZWD
z
ModellprioriA
TaeemTa
eemTemeTeaT ∆⋅⋅
∂∂
+∆⋅⋅∂
∂+∆⋅+∆=∆
−−
)(sin)()(cos)()()(),(
)(
)(
),(
,
em
T
T
T
eT
eaT
ea
e
n
z
∆
∆
∆
∆
∆
… Azimut und Elevationswinkel
… Troposphärische Laufzeitverzögerung
… A-priori-Modell (Hydrostatischer Anteil)
… Zenitparameter (Feuchtanteil)
… Gradientenparameter für Nord-Süd-Richtung
… Gradientenparameter für Ost-West-Richtung
… Mapping-Funktion
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Folie 521. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Troposphärenmodellierung
• Mapping-Funktionen (Feuchtanteil):– Black (1978)– Chao (1972)– Herring (1992)– Hopfield (1969)– Ifadis (1986)– Niell (1996)– Sinus
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Folie 621. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Untersuchungen im Positionsraum
• Standardparameter:– Datum: 014/2006– Beobachtungsdauer: 24 Stunden– Datenrate: 15 Sekunden– Maximale Satellitenanzahl: 28– Elevationsmaske: 8°– Geographische Breite: 52.4°– Geographische Länge: 9.8°– Beobachtungsgewichtung: Einheitlich– Troposphärische Mapping-Funktion: Niell (1996)
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Folie 721. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Untersuchungen im Positionsraum
Verifikation durch GNSS-Auswertesoftware GEONAPBeispiel: Kinematisch prozessierte „Zerobaseline“
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Folie 821. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Mehrwegesimulation im Beobachtungsraum
Maximal möglicher Mehrwegefehlerals Funktion des Reflektionskoeffizienten
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−=∆
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−=∆
∆⋅+∆⋅≈∆
22
2
21
1
210
1arctan
2)(
1arctan
2)(
5.15.2)(
rrrM
rrrM
MMrM
πλ
πλ
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Folie 921. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Mehrwegesimulation im Beobachtungsraum
Einfluss der Reflektorhöhe auf das Mehrwegesignal
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Folie 1021. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Mehrwegesimulation im Beobachtungsraum
Einfluss der Reflektorhöhe auf das MehrwegesignalBeispiel: Satellit PRN 01
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Folie 1121. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Mehrwegesimulation im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss des Reflektionskoeffizienten
unter Verwendung verschiedener Reflektorhöhen
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Folie 1221. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Mehrwegesimulation im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss eines troposphärischen Zenitparameters (ZWD)
unter Verwendung verschiedener Reflektorhöhen
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Folie 1321. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldkalibrierungen
Beispiele für unterschiedliche Adaptionen
Stativtellermit Zeiss-Dreifuß
Däbel-Unterbaumit Wild-Dreifuß
Metallplattemit Zeiss-Dreifuß
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Folie 1421. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldkalibrierungen
Mechanische Montierungen eines Antennenprüflings am Beispiel der TRM39105.00
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Folie 1521. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Kinematische KoordinatenschätzungEinfluss der Metallplatte auf die ASH700700B
unter Verwendung verschiedener Beobachtungssignale
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Folie 1621. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 1721. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 1821. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 1921. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 2021. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 2121. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 2221. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 2321. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 2421. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher Mapping-Funktionen unter
Verwendung verschiedener Elevationsmasken
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Folie 2521. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die ASH700700B
unter Verwendung verschiedener Mapping-Funktionen
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Folie 2621. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die ASH700700B
bei Verlängerung der Beobachtungsdauer
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Folie 2721. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die ASH700700B in Abhängigkeit von der geographischen Lage
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Folie 2821. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Nahfeldeffekt im Positionsraum
Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die TRM33429.20+GP
in Abhängigkeit von der geographischen Lage
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Folie 2921. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Zusammenfassung
• Verstärkungseffekt im Positionsraum möglich, aber nicht zwingend immer zu erwarten
• Einflussfaktoren:– Statische / Kinematische Koordinatenschätzung– Parametrisierung (Troposphärenmodell, Uhrmodell…)– Satellitengeometrie (Geographische Lage,
Elevationsmaske, Beobachtungsdauer…)– Frequenzspektrum des Mehrwegesignals– Auswertesignal (L0, L1, LX)
• Identische Ergebnisse zwischen Modellen der Null-, Einfach- und Doppel-Differenzen
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Folie 3021. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Zusammenfassung
• Tendenziell kein zeitlicher Mittelungseffektim Nahfeld, da langwellige Umwegsignale
• Höhenbias ∆z reagiert äußerst empfindlich auf Veränderungen der Reflektorhöhe:– Unterschied in Reflektorhöhe von 1 cm kann bereits
eine Veränderung in ∆z von mehreren cm auslösen– Beispiel: Antennenwechsel auf Referenzstationen
(vgl. Wanninger, ZfV 4/2006)
• Verlängerung der Beobachtungsdauer (> 24h) völlig wirkungslos, da sich Signal wiederholt
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Folie 3121. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Zusammenfassung
• Reflektionskoeffizient R:– Charakterisiert Dämpfung des Umwegsignals– Näherungsweise linearer Zusammenhang zu
Amplitude des Mehrwegesignals– Linearität auch im Positionsraum
• Ionosphärenfreie-Linearkombination L0:– Phasenfehler kann sich im ungünstigten Fall
gegenüber L1 und L2 bis zum Faktor 4 verstärken– Entsprechende Verstärkung auch im Positionsraum
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Folie 3221. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Zusammenfassung
• Troposphärenschätzung:– Mögliche Verdoppelung des Höhenfehlers durch
Einführung eines Zenitparameters (ZWD)– Mögliche Verdoppelung des Lagefehlers durch
Einführung zweier Horizontalgradienten– Wahl der Korrelationslänge zeigt keinerlei Einfluss– Mapping-Funktion: Zeitliche Dekorrelation der Höhe
bei den Modellen von Hopfield und Ifadis ungünstiger– Fazit: Nur sinnvoll, wenn aufgrund unterschiedlicher
Refraktionsbedingungen tatsächlich troposphärischeRestfehler zu erwarten sind (z.B. in großräumigen Netzen, bei großen Höhenunterschieden)
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Folie 3321. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn
Zusammenfassung
• Lagekomponente:– Fehler um den Faktor 3…6 geringer als bei Höhe– Nahfeldeinfluss bei allen untersuchten Antennen /
Adaptionen unterhalb 1 mm bei LX bzw. 3 mm bei L0
– Verstärkung durch Troposphärenschätzung nur bei Einführung von Horizonalgradienten zu befürchten