Antennenkalibrierung für die GNSS-Kampagne im DHHN 2006-2011

Uwe Feldmann-WestendorffLandesvermessung und Geobasisinformation Niedersachsen (LGN)PG Koordinierung der Messungen DHHN 2006-2011

6. GPS-Antennen-Workshop 2006Geodätisches Institut der Universität Bonn, 21. September 2006

©Ad

V,LV

erm

Geo

LSA,

LO

CK

HEE

D M

AR

TIN

, Mic

rog-

LaC

oste

, esa

, IfE

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 2

Inhalt

• Einleitung: DHHN 2006-2011• GNSS-Kampagne 2008• GNSS-Antennenkalibrierung und Nahfeldeffekt• Anwendung Stromübergangsmessung• Zusammenfassung

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 3

Einleitung: DHHN 2006-2011

• 2002-2005 Konzeptionsprojekt des AK Raumbezug der AdV zur Erneuerung, Wiederholung und Integration des Deutschen Haupthöhennetzes

• 2005 Beschluss 116/14 des AdV-Plenums zur Durchführung des Vorhabens

• Projektziele sind u. a.:– Einbindung des DHHN in ein zukünftiges, integriertes

Raumbezugssystem– Verknüpfung des Nivellements mit epochengleichen GNSS-

Messungen, Absolutgravimetrie sowie neuen Erdschwerefeldmodellen zur hochgenauen Geoidmodellierung für die weitere Verbesserung der Gebrauchshöhenbestimmung mit SAPOS®

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 4

GNSS-Kampagne 2008• Netzplanung 2005 (116/14)

250 GNSS-Bodenpunkte• Referenzstationen

250 SAPOS® -Referenzstationen• Permanentstationen

IGS, EPN, GREF• Bezugsrahmen

ITRF2005 - Epoche 2008.6…

IGS 2006

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 5

GNSS-Feldanweisung• AK RB Beschluss 09/14 (2006)

– Grundlage für Vorbereitung und Durchführung der Kampagne 2008

– Instrumente, Kalibrierung/Prüfung, Messanordnung, Datenfluss, …

• Umsetzung– Länder vermarken seit 2006– dreiköpfige GNSS-Leitungsgruppe

arbeitet ab Herbst 2006– mehrwöchige GNSS-Kampagne

im Sommer 2008 (ca. 35 mobile Empfänger)

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 6

GNSS-Mess- und Auswertekonzept

• Netzmessung im 24 Stunden-Sessionsverbund – hohe Nachbarschaftsgenauigkeiten (Höhenunterschiede)

• Auswahl hochwertigen, einheitlichen Messequipments– Kalibrierung, Prüfung

• Messzeitraum und GNSS-Auswahl– im Ionosphärenminimum 2008 zur Epochenmitte DHHN– GPS, GLONASS (optional), Galileo (nicht operationell)

• Auswertung– „State of the Art“ unter Berücksichtigung internationaler

Standards (IGS) mit wissenschaftlichen Paketen– strenge Kombination der Lösungen

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 7

GNSS-Rechenstellen

• AK RB Beschluss 07/14 (2006)– BKG - Bernese Software– LGN - Geonap Software

• Rechenstellen beteiligen sich an Vorbereitungen zu– Datenfluss, Netzplanung,

Testausgleichungen, Beobachtungsplanung, Instrumentenauswahl, Kalibrierung, Prüfung, …

GNMEDADHHN

BKGLGN

KampagneMess- undKalibrier-daten

LänderNetz-planung

GEONAP BERNESEKombinationDiagnose

Dokumentation

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 8

GNSS-Antennenauswahl

• GNSS-Feldanweisung:„... mit den Empfängern sind GNSS-Antennen höchster Genauigkeit einzusetzen (...), die über ein Design verfügen, welches den Mehrwegeeinfluss in der Punktumgebung bestmöglich reduziert (Abschirmplatte oder Choke-Rings), und die in ihrer Spannungsaufnahme kompatibel sind.“

NGS 2006

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 9

GNSS-Antennenkalibrierung

• GNSS-Feldanweisung:„Die Antennen sind vor Beginn der Kampagne einheitlich mithilfe der automatisierten Feldkalibrierung mittels Roboter individuell absolut zu kalibrieren.“

• Kalibrierstellen (voraussichtlich)– Senatsverwaltung für Stadtentwicklung,

Abt. III, Berlin– Institut für Erdmessung, Universität Hannover– Geo++ GmbH, Garbsen

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 10

Entwicklung eines GNSS-Spezialadapters

• Entwicklung seit 2003 durch das LVermGeo Sachsen-Anhalt• Nivellitische Präzisionsmessung (si < 1 mm) der

Antennenhöhe im Felde mit einer Person• Vorstellung auf der INTERGEO 2006 durch die Firma

Freiberger Präzisionsmechanik GmbH

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 11

GNSS-Nahfeldeffekt• GNSS-Feldanweisung:

„Einfluss: Mehrwegeeffekte im Antennennahfeld.Berichtigung: Einheitliche Antennen set-ups (Stative, Dreifüße). Zur Abschätzung des Effektes werden exemplarische Kalibrierungen des set-ups (Antenne, Dreifuß, Stativkopf) mittels Feldkalibrierung (Roboter) durchgeführt.“

Geo++ 2003

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 12

Einfluss des Spezialadapters auf verschiedene Antennentypen im Beobachtungsraum

Schmitz et al. 2006

Roverantennen

Geodätische Antennen

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 13

Einfluss des Spezialadapters auf verschiedene Antennentypen im Positionsraum

Dilßner 2006

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 14

GPS Höhenresiduen HEPS Echtzeit (ETRS89) - Verden 2003

-20-10

010

2030

40

5 10 15 20

Entfernung zur nächsten Referenzstation [km]

Diff

eren

z / s

h [m

m]

HEPS

Linear

• innere Genauigkeit sh 14,4 mm

• äußere Genauigkeit sh 20,1 mm(Referenzkoordinaten Epoche 2001)

• Systematik: -11 mmNahfeldeffekte? TRM39105.00+SDF

Feldmann-Westendorff 2003Dilßner 2006

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 15

Anwendung Stromübergang• Große Stromübergänge und Inselanschlüsse können heute

aus wirtschaftlichen Gründen kaum mehr hydrostatisch oder nivellitisch gemessen werden

• Alternativ ist ein hochgenaues GNSS-Verfahren verbunden mit Schwerefeldinformationen mittels Zenitkamera denkbar

• Vorbereitende Untersuchungen werden seit 2006 von der LGN, Geo++ und dem IfE durchgeführt

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 16

Testprojekt Steinhude• 9 km TZK2-D-Profil (Stationsabstand 50 m) entlang des

Mittellandkanals über Salzstock Bokeloh (2005/2006)• 48 Stunden GPS-Messungen mit nahfeldkalibriertem

Equipment simultan auf 5 Stationen (05/2006)• Nahfeldkalibrierung von SAPOS®-Referenzstationen (06/2006) • Präzisionsnivellement (06/2006)• Auswertebeginn Ende 2006

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 17

Einfluss verschiedener set-ups im Beobachtungsraum

1) Regulärer Aufbau (Bild)

2) Wiederholungsmessung

3) Stativbeine 5° geändert

4) + SNOW

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 18

Stromübergang Elbe• Ziel ist es, den erstmals 1931 vom RfL im Nordseeküsten-

nivellement I gemessenen 1,8 km Stromübergang bei Scheelenkuhlen (SH) mit GNSS/TZK2-D zu wiederholen

• Mittlerer Fehler 1931: ±1,5 mm (RfL 1934)• Standardabweichung 2007: ?

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 19

Zusammenfassung

• Im Rahmen des DHHN 2006-2011 ist 2008 die erste bundesweite GNSS-Feldkampagne seit 1991 geplant.

• Sie bietet die einmalige Chance, GNSS mit Präzisionsnivellement und Absolutgravimetrie in einer gemeinsamen Messepoche zu verknüpfen.

• Aus diesem Grunde ist das GNSS-Genauigkeitspotential bestmöglich auszuschöpfen, so auch hinsichtlich der stationsabhängigen Effekte.

• Der Systemwechsel vom Nivellement zu GNSS/QG für die Bestimmung von Gebrauchshöhen mit SAPOS® wird weiter vorangetrieben.

21. September 2006 6. GPS-Antennenworkshop Bonn 20

Uwe Feldmann-WestendorffLGN® – Landesvermessung + Geobasisinformation NiedersachsenPodbielskistraße 331D – 30659 HannoverTel.: ++49 511 / 64609 – 451Fax: ++49 511 / 64609 – 168 E-Mail: uwe.feldmann-westendorff@lgn.niedersachsen.deInternet: www.lgn.de