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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