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

Astronomisches Institut, Universität Bern22006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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?

Astronomisches Institut, Universität Bern32006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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)

Astronomisches Institut, Universität Bern42006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern52006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern62006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

Vergleich von absoluten PCV-Korrekturen für die GPS-Satellitenkonstellation

Astronomisches Institut, Universität Bern72006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern82006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern92006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

Mittlere X- und Y-Offsets für GLONASS Satelliten

GLONASS-M

Astronomisches Institut, Universität Bern102006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

GNSS-Stationen im IGS-Beobachtungsnetz

GPS/GLONASS-Station GPS-Station

Astronomisches Institut, Universität Bern112006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern122006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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)

Astronomisches Institut, Universität Bern132006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

Frequenzunterschiede

(Frequenzen 1–12/24)

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

Sendefrequenz

Astronomisches Institut, Universität Bern142006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

GLONASS-PCV für Empfängerantennen

• Vorgehen:• GNSS-Phasenmehrdeutigkeiten lösen

• GPS-L1-Lösung als Referenz

• GPS-L2-Lösung Offsets

• GLONASS-Lösungen für L1 und L2 Offsets

Astronomisches Institut, Universität Bern152006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern162006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

Gewählter Modellierungsansatz

(Frequenzen 1–12/24)

GNSS Empfängerantennen PCV Korrektur (für L1 bzw. L2)

Sendefrequenz

Astronomisches Institut, Universität Bern172006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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).

Astronomisches Institut, Universität Bern182006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

Physikalisch sinnvoller Modellierungsansatz

(Frequenzen 1–12/24)

GNSS Empfängerantennen PCV Korrektur (für L1 bzw. L2)

Sendefrequenz

Astronomisches Institut, Universität Bern192006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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

Astronomisches Institut, Universität Bern202006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September

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