Weiterentwicklung der Kalibrierverfahren für GNSS-Antennen

Bild Beobachtungsplattform des Beyerbaues © TUDGI Bild Beobachtungsplattform des Beyerbaues © TUDGI

Pfeilernetz auf der Beobachtungsplattform des Beyerbaues

Bild Beobachtungsplattform des Beyerbaues

Pfeilernetz auf der Beobachtungsplattform des Beyerbaues © TUDGI

Notwendigkeit der Kalibrierung

Notwendigkeit der Kalibrierung

Die Empfangsantennen geodätischer GNSS-Empfänger stellen moderne Sensoren zur präzisen Bestimmung von 3D-Koordinaten bzw. Koordinatenunterschieden dar. Fertigungsbedingt ergeben sich Abweichungen zwischen dem geometrischen Zentrum (inkl. Höhenbezugspunkt) und dem elektrischen Empfangszentrum einer Antenne. Diese Abweichungen sind sowohl von der Frequenz als auch vom Einfallswinkel (Azimut und Elevation) der GNSS-Signale abhängig. Sie lassen sich durch unterschiedliche Kalibrierverfahren bestimmen und in Form eines Korrekturdatensatzes bei der Auswertung berücksichtigen. Jede Antenne weist bauarttypische aber auch individuelle Abweichungen auf. Die Prüfung/Kalibrierung einer GNSS-Antenne sollte mit der gleichen Motivation wie bei einem modernen elektronischen Tachymeter zur Selbstverständlichkeit der geodätischen Praxis gehören. Die Kalibrierung von GNSS-Antennen wird am Geodätischen Institut der TU Dresden seit über 18 Jahren auf einem Pfeilernetz mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchgeführt. In diesem Zeitraum erfolgten über 600 Kalibrierungen an mehr als 280 GPS-Antennen.

Bild DRB2 Bild DRB2

DRB2

Bild DRB2

DRB2

Beschleunigung der Kalibrierung durch automatische Drehung

Beschleunigung der Kalibrierung durch automatische Drehung

Beim angewandten Verfahren der relativen Feldkalibrierung kommt eine Referenzantenne (LEIAR25), für die absolute GPS- und GLONASS-Kalibrierwerte aus einer Roboterkalibrierung vorliegen, zum Einsatz. Der Prüfling wird in 4 azimutale Ausrichtungen gedreht. Während die azimutale Drehung ursprünglich manuell im 24 Stunden-Abstand durchgeführt wurde und dann bis zu 4 volle Tagessessionen beobachtet werden mussten, konnte die Messdauer durch die Einführung der automatischen Drehung mittels DRB, der mittlerweile in einer zweiten, verbesserten Version zum Einsatz kommt, deutlich verkürzt werden. Es werden nun - bei einer Gesamtmessdauer von 24 Stunden für eine kombinierte GPS/GLONASS- Kalibrierung - je vier Ausrichtungen pro Minute beobachtet.

Vorteile der automatischen Drehung

Vorteile der automatischen Drehung

Der Übergang auf mehrere Ausrichtungen pro Minute für die zu kalibrierenden Antennen ermöglicht auch die verbesserte Elimination von Mehrwegeeinflüssen auf die Lagekomponenten. Die Elimination erfolgt nun nicht mehr in Tagesdifferenzen, sondern in Epochendifferenzen. Damit wird dieses Verfahren der Feldkalibrierung auch für GLONASS und Galileo einsetzbar, da sich bei diesen beiden Systemen im Gegensatz zu GPS die Satellitenorbits (und damit die Mehrwegeeinflüsse bei unveränderter Antennenumgebung) nicht im Tagesrhythmus wiederholen. Die Höhenkomponente bleibt dagegen weiter in geringem Maße mehrwegebehaftet, was aber in der Praxis nicht zu einer erkennbaren Verschlechterung der Koordinatengenauigkeit in der Vertikalkomponente führt.

Kalibrierergebnisse

Kalibrierergebnisse

Kalibrierprotokoll Kalibrierprotokoll

Kalibrierprotokoll

Kalibrierprotokoll

Kalibrierprotokoll

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Zur Auswertung der Beobachtungen werden WaSoft-Module (WARINEX, WA1, WA1ANT und CCANTEX) eingesetzt. Als Kalibrierergebnisse erhält man absolute Phasenzentrumoffsets (PCO) und azimut-elevationsabhängige Variationen (PCV). Diese werden in digitaler Form im Antexformat, ergänzt durch ein Kalibrierprotokoll mit PCV-Grafik erzeugt.

PCV-Graphik PCV-Graphik

PCV-Graphik

PCV-Graphik

PCV-Graphik

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Dienstleistung

Dienstleistung

Wir führen absolute GPS- bzw. GPS/GLONASS-Antennenkalibrierung für alle, die geodätische GNSS-Antennen einsetzen, als Dienstleistung durch. Zu unseren Auftraggebern und Forschungspartnern gehörten bisher insbesondere die Landesvermessungsbehörden von Sachsen, Thüringen, Sachsen-Anhalt, Brandenburg, Niedersachsen, das Bundesamt für Geodäsie und Kartographie (BKG), die Bundeanstalt für Gewässerkunde (BfG), aber auch zahlreiche private Vermessungsbüros und wissenschaftliche Einrichtungen.

Ansprechpartner für Antennenkalibrierung

Ansprechpartner für Antennenkalibrierung


Dr.-Ing. Volker Frevert 

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Last modified: Jun 17, 2016