GLONASS-Satelliten-AntennenPhasenzentrumsvariationen Andreas Gäde1, U. Hugentobler1, S. Schaer1,2, R. Dach1 Astronomisches Institut, Universität Bern Bundesamt für Landestopographie, Swisstopo 1
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Antennenworkshop, Bonn, 21.September 2006 Astronomisches Institut, Universität Bern
Inhalt ¾ Motivation ¾ PCV’s für die GNSS-Satellitenkonstellation
Schätzung der Antennenphasenzentrumsvariationen und Offsets Einfluss des Beobachtungsnetzes
¾ PCV’s für Empfängerantennen
PCV-Unterschiede aufgrund der Frequenzabhängigkeit
¾ Zusammenfassung / Ausblick Astronomisches Institut, Universität Bern 2006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September
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Motivation • Einführung von absolutem Antennenmodel steht im IGS unmittelbar bevor Æ Notwendigkeit zur Berücksichtigung der PCVKorrekturen für Satellitenantennen! • Bisher stehen für Empfängerantennen “nur“ absolute Kalibrierungen im GPS-Frequenzbereich zur Verfügung Æ Was ist mit GLONASS-Frequenzen oder später Galileo?
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GNSS Satelliten- und Empfängerantennen PCV Model 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
GPS Block IIR
Zenitwinkel
Nadirwinkel (bis zu 14º)
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)
GNSS Antenne auf AZCO (mit CONE radome)
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Vorgehensweise beim Schätzen der Satellitenantennen PCO/PCV Voraussetzung: - global verteiltes Stationsnetz - genaue Kenntnis der Geometrie (präzise Stationskoordinaten, 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 Bern 2006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September
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Datengrundlage • Daten von über einem Jahr August 2005 – August 2006 (plus einige Wochen in 2003 und 2004) • täglich ca. 160 Stationen davon ca. 30 GPS/GLONASSkombinierte 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 einem Guss auf Beobachtungsniveau) • Elevationsmaske 3° (!) Æ Nadirbereich bis 14° • basieren auf 24-Stunden-Lösungen Astronomisches Institut, Universität Bern 2006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September
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Vergleich von absoluten PCV-Korrekturen für die GPS-Satellitenkonstellation
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Absolute PCV-Korrekturen für Gruppen der GNSS-Konstellation (berechnet am CODE)
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Mittlere Z-Offsets für 17 GLONASS-Satelliten GLONASS Z-Offsets GLONASS
GLONASS-M
25 24
24
22
23
21
20
20 19 18 17
PRN
15
10 8
7 6 5
5
4
1
0 1800
1900
3 2
2000
2100
2200
2300
2400
Offset [mm]
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Mittlere X- und Y-Offsets für GLONASS Satelliten
GLONASS-M
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GNSS-Stationen im IGS-Beobachtungsnetz
GPS/GLONASS-Station
GPS-Station
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Antennen im IGS/IGLOS •
32 global verteilte GPS/GLONASS-Stationen
AOAD/M_T AOAD/M_T AOAD/M_T AOAD/M_B ASH701073.1 ASH701073.1 ASH701073.1 ASH701073.1 ASH701073.3 ASH701946.2 ASH701946.3 ASH700936D_M ASH701941.B ASH701941.B JPSREGANT_DD_E JPSREGANT_SD_E TPSCR3_GGD
NONE JPLA OSOD OSOD DOME NONE SCIS SNOW NONE NONE SNOW NONE NONE SNOW NONE NONE CONE
2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 3 6 4 4
Robot Copied AOAD/M_T Copied AOAD/M_T Converted Copied AOAD/M_T Copied AOAD/M_T Copied AOAD/M_T Copied AOAD/M_T Copied AOAD/M_T Copied AOAD/M_T Robot Robot Converted Copied ASH701941.B Robot Robot Field
11 1
1 1 4 6 4 4
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Untersuchung zur GLONASS-PCVModellierung 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)
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Frequenzunterschiede GNSS-Empfängerantennen-PCO-Korrektur (für L1 bzw. L2)
Sendefrequenz
(Frequenzen 1–12/24)
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GLONASS-PCV für Empfängerantennen • Vorgehen: • GNSS-Phasenmehrdeutigkeiten lösen • GPS-L1-Lösung als Referenz • GPS-L2-Lösung Æ Offsets • GLONASS-Lösungen für L1 und L2 Æ Offsets
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Bestimmte Up-Offset-Differenzen Differenz Z-offset 4
GLO L1
GPS L2
GLO L2
3 2
Differenz Z-offset [mm]
1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 AOAD/M_T NONE TPSCR3_GGD CONE
| |
AOAD/M_T NONE TRM29659.00 NONE
| |
TRM55971.00 NONE LEIAX1202 NONE
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Gewählter Modellierungsansatz GNSS Empfängerantennen PCV Korrektur (für L1 bzw. L2)
Sendefrequenz
(Frequenzen 1–12/24)
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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).
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Physikalisch sinnvoller Modellierungsansatz GNSS Empfängerantennen PCV Korrektur (für L1 bzw. L2)
Sendefrequenz
(Frequenzen 1–12/24)
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Zusammenfassung / Ausblick • Verwendung von konsistenten Satellitenantennen-PCVModellen ist ein Muss, insbesondere für grossräumige und 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 GLONASSPCV = 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 Bern 2006 Antennenworkshop, Bonn, Deutschland, 21. September
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Zusammenfassung / Ausblick GLONASS-PCV 15 GLO_TPSCR3GGD
CONE
GLO_TRM29659 NONE
GPS_TPSCR3GGD
CONE
GPS_TRM29659 NONE
10
PCV [mm]
5
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-5
-10
-15 Elevationswinkel [°]
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