Zum Einfluss nicht modellierter Antennenphasenfehler auf ... · – Mapping-Funktion: Zeitliche...

Folie 121. September 2006Antennenworkshop 2006Universität Bonn

Zum Einfluss nicht modellierter Antennenphasenfehler auf die präzise

Positionsbestimmung

Florian Dilßner, Günter SeeberInstitut für Erdmessung

Leibniz Universität Hannover

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]

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

Troposphärenmodellierung

44444444 344444444 2143421321

GradienterHorizontal

ModellprioriA

TaeemTa

eemTemeTeaT ∆⋅⋅

∂∂

+∆⋅⋅∂

∂+∆⋅+∆=∆

−−

)(sin)()(cos)()()(),(

… Azimut und Elevationswinkel

… Troposphärische Laufzeitverzögerung

… A-priori-Modell (Hydrostatischer Anteil)

… Zenitparameter (Feuchtanteil)

… Gradientenparameter für Nord-Süd-Richtung

… Gradientenparameter für Ost-West-Richtung

… Mapping-Funktion

Troposphärenmodellierung

• Mapping-Funktionen (Feuchtanteil):– Black (1978)– Chao (1972)– Herring (1992)– Hopfield (1969)– Ifadis (1986)– Niell (1996)– Sinus

• 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)

Verifikation durch GNSS-Auswertesoftware GEONAPBeispiel: Kinematisch prozessierte „Zerobaseline“

Mehrwegesimulation im Beobachtungsraum

Maximal möglicher Mehrwegefehlerals Funktion des Reflektionskoeffizienten

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=∆

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=∆

∆⋅+∆⋅≈∆

1arctan

5.15.2)(

Einfluss der Reflektorhöhe auf das Mehrwegesignal

Einfluss der Reflektorhöhe auf das MehrwegesignalBeispiel: Satellit PRN 01

Mehrwegesimulation im Positionsraum

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss des Reflektionskoeffizienten

unter Verwendung verschiedener Reflektorhöhen

Mehrwegesimulation im Positionsraum

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss eines troposphärischen Zenitparameters (ZWD)

unter Verwendung verschiedener Reflektorhöhen

Nahfeldkalibrierungen

Beispiele für unterschiedliche Adaptionen

Stativtellermit Zeiss-Dreifuß

Däbel-Unterbaumit Wild-Dreifuß

Metallplattemit Zeiss-Dreifuß

Nahfeldkalibrierungen

Mechanische Montierungen eines Antennenprüflings am Beispiel der TRM39105.00

Nahfeldeffekt im Positionsraum

Kinematische KoordinatenschätzungEinfluss der Metallplatte auf die ASH700700B

unter Verwendung verschiedener Beobachtungssignale

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher mechanischer Adaptionen unter Verwendung verschiedener Elevationsmasken

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss unterschiedlicher Mapping-Funktionen unter

Verwendung verschiedener Elevationsmasken

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die ASH700700B

unter Verwendung verschiedener Mapping-Funktionen

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die ASH700700B

bei Verlängerung der Beobachtungsdauer

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die ASH700700B in Abhängigkeit von der geographischen Lage

Langzeitstatische Koordinatenschätzung (24h)Einfluss der Metallplatte auf die TRM33429.20+GP

in Abhängigkeit von der geographischen Lage

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

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

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

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)

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

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