GLONASS-Satelliten-Antennen- Phasenzentrumsvariationen · Astronomisches Institut, Universität...

Astronomisches Institut, Universität Bern

GLONASS-Satelliten-Antennen-Phasenzentrumsvariationen

Andreas Gäde1, U. Hugentobler1, S. Schaer1,2, R. Dach1

1 Astronomisches Institut, Universität Bern2 Bundesamt für Landestopographie, Swisstopo

Antennenworkshop, Bonn, 21.September 2006

Astronomisches Institut, Universität Bern12006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

Inhalt

Motivation

PCV’s für die GNSS-SatellitenkonstellationSchätzung der Antennenphasenzentrumsvariationen und OffsetsEinfluss des Beobachtungsnetzes

PCV’s für EmpfängerantennenPCV-Unterschiede aufgrund der Frequenzabhängigkeit

Zusammenfassung / Ausblick


Motivation

• Einführung von absolutem Antennenmodel steht im IGS unmittelbar bevor

Notwendigkeit zur Berücksichtigung der PCV-Korrekturen für Satellitenantennen!

• Bisher stehen für Empfängerantennen “nur“ absolute Kalibrierungen im GPS-Frequenzbereich zur Verfügung

Was ist mit GLONASS-Frequenzen oder später Galileo?


GNSS Satelliten- und Empfängerantennen PCV Model

GPS Block IIR

GNSS Antenne auf AZCO (mit CONE radome)

Zenitwinkel

Nadirwinkel (bis zu 14º)

Alt: Relatives PCV Modell (igs_01.atx):

• L1/L2 Empfängerantennen Offsets/Variationen (rel. zu AOAD/M_T)

• GNSS Satellitenantennen Offsets (“geometrische” Werte)

• Radome codes von Empfängerantennen bleiben unberücksichtigt

Neu: Absolutes PCV Modell (igs05_1390.atx):

• L1/L2 Empfängerantennen Offsets/Variationen (Geo++)

• Radome codes werden berücksichtigt

• LC GNSS Satellitenantennen (Z-)Offsets/Variationen

(GPS: GFZ/TUM / GLONASS: CODE)


Vorgehensweise beim Schätzen der Satellitenantennen PCO/PCV

Voraussetzung:

- global verteiltes Stationsnetz

- genaue Kenntnis der Geometrie (präzise Stations-koordinaten, Satellitenpositionen, Troposphäre)

- absolute PCO und PCV für Empfängerantennen

- möglichst lange Zeitreihe

Schätzung:

- in drei Schritten, da PCO und PCV hoch korreliert

1) restliche Parameter fixieren und PCV schätzen

2) PCV mit cos(z) fitten

3) PCV einführen und PCO schätzen


Datengrundlage

• Daten von über einem Jahr August 2005 – August 2006 (pluseinige Wochen in 2003 und 2004)

• täglich ca. 160 Stationen davon ca. 30 GPS/GLONASS-kombinierte Stationen (Javad, Z18- Empfänger)

• nach neusten Standards (IERS 2003)

• unter Berücksichtigung von allen aktiven GNSS-Satelliten (inkl.„unhealthy“ bzw. auch GPS-Manöversatelliten)

• rigorose kombinierte GPS/GLONASS-Auswertung (in einemGuss auf Beobachtungsniveau)

• Elevationsmaske 3° (!) Nadirbereich bis 14°

• basieren auf 24-Stunden-Lösungen


Vergleich von absoluten PCV-Korrekturen für die GPS-Satellitenkonstellation


Absolute PCV-Korrekturen für Gruppen der GNSS-Konstellation (berechnet am CODE)


Mittlere Z-Offsets für 17 GLONASS-Satelliten

GLONASS Z-Offsets

17

24

20

21 3

8

45

1918

2221

67

2423

0

5

10

15

20

25

1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400Offset [mm]

PRN

GLONASS GLONASS-M


Mittlere X- und Y-Offsets für GLONASS Satelliten

GLONASS-M


GNSS-Stationen im IGS-Beobachtungsnetz

GPS/GLONASS-Station GPS-Station


Antennen im IGS/IGLOS

• 32 global verteilte GPS/GLONASS-Stationen

AOAD/M_T NONE 2 RobotAOAD/M_T JPLA 1 Copied AOAD/M_T AOAD/M_T OSOD 1 Copied AOAD/M_TAOAD/M_B OSOD 1 ConvertedASH701073.1 DOME 1 Copied AOAD/M_TASH701073.1 NONE 1 Copied AOAD/M_TASH701073.1 SCIS 1 Copied AOAD/M_TASH701073.1 SNOW 2 Copied AOAD/M_TASH701073.3 NONE 1 Copied AOAD/M_TASH701946.2 NONE 1 Copied AOAD/M_TASH701946.3 SNOW 1 RobotASH700936D_M NONE 1 RobotASH701941.B NONE 1 ConvertedASH701941.B SNOW 3 Copied ASH701941.BJPSREGANT_DD_E NONE 6 RobotJPSREGANT_SD_E NONE 4 RobotTPSCR3_GGD CONE 4 Field

11

1

114

644


Untersuchung zur GLONASS-PCV-Modellierung für Empfängerantennen

• Untersuchung mittels sehr kurzer Basislinien

• zwei Basislinien in Wettzell (7 Tage), eine in Zimmerwald (6 Tage)

• WTZR – WTZZ (AOAD/M_T NONE – TPSCR3_GGD CONE)

Länge: 1,59m (Empfänger: Javad/Javad)

• WTZR – WTZJ (AOAD/M_T NONE – TRM29659.00 NONE)

Länge: 1,65m (Empfänger: Javad/Javad)

• ZIMT – ZIML(temp) (TRM55971.00 NONE - LEIAX1202 NONE)

Länge: 25,95m (Empfänger: Trimble NetR5/Leica GX1230GG)


Frequenzunterschiede

(Frequenzen 1–12/24)

GNSS-Empfängerantennen-PCO-Korrektur (für L1 bzw. L2)

Sendefrequenz


GLONASS-PCV für Empfängerantennen

• Vorgehen:• GNSS-Phasenmehrdeutigkeiten lösen

• GPS-L1-Lösung als Referenz

• GPS-L2-Lösung Offsets

• GLONASS-Lösungen für L1 und L2 Offsets


Bestimmte Up-Offset-Differenzen

Differenz Z-offset

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

AOAD/M_T NONE - | AOAD/M_T NONE - | TRM55971.00 NONE - TPSCR3_GGD CONE | TRM29659.00 NONE | LEIAX1202 NONE

Diff

eren

z Z-

offs

et [m

m]

GLO L1 GPS L2 GLO L2


Gewählter Modellierungsansatz


GNSS Empfängerantennen PCV Korrektur (für L1 bzw. L2)

Sendefrequenz


Empfänger Antennen PCV für GLONASS

6.2 ± 8,6mm -1,7 ± 2,0mm/12FC

Die Frequenzabhängigkeit lässt sich über den kleinen Frequenzbereich nicht signifikant nachweisen!

Dass die „GLONASS-Gerade“ durch den „GPS-Punkt“ geht, ist ebenfalls nicht direkt nachweisbar (aus den Daten).


Physikalisch sinnvoller Modellierungsansatz


GNSS Empfängerantennen PCV Korrektur (für L1 bzw. L2)

Sendefrequenz


Zusammenfassung / Ausblick• Verwendung von konsistenten Satellitenantennen-PCV-

Modellen ist ein Muss, insbesondere für grossräumigeund globale GNSS-Beobachtungsnetze

• Im IGS: Umstellung auf absolutes Antennenmodell (IGS05) mit Einführung von ITRF2005 (bzw. IGS05-Datum)

• Betrachtung der Frequenzabhängigkeit drängt sich auf, insbesondere im Hinblick auf Galileo(Grundvoraussetzung: entsprechende Kalibrierungen für Empfängerantennen)

• Unterschiede sind relativ klein, aber doch nachweisbar • IGS05-PCV-Modell basiert auf der Annahme GLONASS-

PCV = GPS-PCV. Nach Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit ist eine Verfeinerung auch bezüglich des Satelliten-PCV-Modells zu erwarten.

• Antex-Format muss diesbezüglich erweitert werden


Zusammenfassung / AusblickGLONASS-PCV

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Elevationswinkel [°]

PCV

[mm

]

GLO_TPSCR3GGD CONE GLO_TRM29659 NONE

GPS_TPSCR3GGD CONE GPS_TRM29659 NONE

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