Titelmaster. Absolute Antennenkalibrierung für geodätische Punktfelder. dm cm mm. Philipp Zeimetz

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1 igg Titelmaster Absolute Antennenkalibrierung für geodätische Punktfelder dm cm mm Philipp Zeimetz Institut für Geodäsie und Geoinformation Universität Bonn FGS 2010, Wettzell/Kötzting

2 Gliederung Antennenproblem & Laborverfahren Antennenmesskammer Bonn Frequenzabhängigkeit des Antennenpatterns Antennentypvariationen Qualität der Kalibrierung 2 Nahfeldproblematik

3 Eigenschaften realer Antennen 3 ARP: antenna reference point PCO: phase center offset PCV: phase center variations Probleme: Die Position des mittleren Phasenzentrums E ist unbekannt Der Phasenbezugspunkt ist abhängig von der Einstrahlrichtung Korrekturfunktion: s ARP r pco e 0 PCV,

4 Komponenten der Kalibriereinrichtung 4 Netzwerkanalysator (NWA): Messung der Phasenvariationen Drehstand: Rotation der Antenne zur Änderung der Einstrahlrichtung Absorber: Reduktion von Mehrwegeeinflüssen

5 Antennenmesskammer Bonn 5

6 Kalibrierbetrieb Kalibrierdauer: 30 bis 90 Minuten pro Antenne # Kalibrierung 2009 bis 2010: ~ 150 (SAPOS) Frequenzen: 1.15 GHz bis 1.65 GHz 6 Uni Bonn & Bezirksregierung Köln

7 Frequenzabhängigkeit der Phasenvariationen 7

8 Leica AR25 R3 8

9 Fazit Frequenzanalyse Ergebnisse hängen stark vom Antennentyp ab! Kein physikalischer/funktionaler Zusammenhang zwischen L1 und L2 erkennbar 9 Unterschied GPS/GLONASS signifikant und relevant Variationen innerhalb des GLONASS-Frequenzbereich sind mit +-0.5mm nicht signifikant

10 Typkalibrierung vs. individuelle Kalibrierung 10

11 Leica AR25R3 SN xxx8 vs. SN xxx9 (L2) 11

12 Typkalibrierung Streuung des PCOs: 21 Leica AR25R3 Antennen mm 2,00 L1,North L2,North East East 0. 6mm 0. 9mm 1,00 12 L1,L2,UP 1. 0mm 0,00-2,00-1,00 0,00 1,00 2,00-1,00 L1 L2 Höhe L1 Höhe L2-2,00

13 Validierung der Kalibrierergebnisse - Ringversuche - Testmessungen 13 vs.

14 Test-Kampagne: EDM-Prüfstrecke 3 Antennentypen: LEICA AT504GG, Trimble Zephyr Geodetic (1& 2) 9 individuell kalibrierte Antennen (3 pro Antennentyp) 8 Pfeiler: Punktabstände von 18m bis 1100m (GCG05) 2 unterschiedliche Nahfeldsituationen 4 bis 10 Stunden Beobachtungszeit 122 Basislinien 14 Ideale GNSS-Bedingungen

15 GPS-Höhendifferenzen Empirische Standardabweichung für die GPS-Höhendifferenzen: s L1 = 0.8mm s L2 = 1.0mm s L0 = 1.6mm 15 kontrollierte Nahfeldeinflüsse vorausgesetzt

16 GPS-Höhendifferenzen Empirische Standardabweichung für die GPS-Höhendifferenzen: s L1 = 0.8mm s L2 = 1.0mm s L0 = 1.6mm L2: +3mm 16 kontrollierte Nahfeldeinflüsse vorausgesetzt

17 Fazit mm-gnss erfordert: separate Kalibrierung aller Frequenzen individuelle Antennenkalibrierung Berücksichtigung von Nahfeldeffekten 17

18 18 Vielen Dank! 30

19 Beispiele für typische Antennenpattern Typische Antenneneigenschaften: Phasenzentrumsvariationen: bis 20mm starke elevationsabhängige Variationen meist sehr geringe azimutale Variationen 19

20 Idea of the laboratory procedure 1st 2nd 3rd transmit a test signal rotate the antenna phase measurement (non-modulated signal) change signal direction azimuth 20 phase measurement elevation result antenna pattern (effect of PCO and PCV)

21 Antennenmesskammer Bonn - Aufsicht 21 Bezirksregierung Köln GEObasis.nrw & Universität Bonn (IGG)

22 Leica AR25 R3 22

23 Trimble Zephyr Geodetic GNSS 23

24 Frequency dependent variations - GLONASS-frequencies - 24

25 Leica AR25 R3 25 GLONASS-frequencies

26 comparison of chamber and roboter calibration 26

27 Ringversuch 2009 Kalibrierverfahren: Relative Kalibrierung Geodätisches Institut, TU Dresden Absolute Kalibrierung mit Roboterarm Institut für Erdmessung, Uni Hannover Absolute Laborkalibrierung Institut für Geodäsie und Geoinformation, Uni Bonn 27 Berücksichtigte Antennen: - Leica AR25 - Leica AT504GG - Trimble Zephyr Geodetic Modell 2

28 Leica AR25 (L1) 28

29 Leica AR25 (L1) mm 8

30 Leica AR25 (L2) mm 8

31 Leica AR25 (R1) mm 8

32 Leica AR25 (R2) mm 8

33 Auswirkung auf die Positionsbestimmung 33

34 Leica AR25 (L1) 34 Zero-Baseline: IfE vs. Bonn

35 Leica AR25 (L2) 35 Zero-Baseline: IfE vs. Bonn

36 GPS-Höhendifferenzen: L2-Frequenz Signifikante Variationen bei einer Antennen-Nahfeld-Kombination Rote Basislinien: Eine Station mit Aufbau entsprechend Variante B Graue Basislinien: Beide Stationen mit Aufbau entsprechend Variante B Blaue Basislinien: Alle anderen Antennen-Nahfeld-Kombinationen Aufbau A Aufbau B 36

37 Leica AR25 (L0) 37 Zero-Baseline: IfE vs. Bonn

38 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L1) 38

39 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L1) 39 FGS 2010, Wettzell/Kötzting 8 25/06/2010

40 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L1) 0.5mm mm 0.6mm FGS 2010, Wettzell/Kötzting 8 25/06/2010

41 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L2) 41 ( 5 ( 10 ( ) ) ) 0. 7mm 0. 5mm 0. 4mm FGS 2010, Wettzell/Kötzting 8 25/06/2010

42 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L1) 42 Zero-Baseline: robot vs. chamber

43 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L2) 43 Zero-Baseline: robot vs. chamber

44 Trimble Zephyr Geodetic 2 (L0) 44 Zero-Baseline: robot vs. chamber

45 Fazit Vergleiche Vergleich von Roboter- und Laborkalibrierung: Differenzen im Bereich von 1,0 2,0 mm (Elevationen > 10 ) Differenzen im Bereich von 1,0 3,0 mm (Elevationen 0 bis 10 ) L1 & R1 tendenziell besser als L2 & R2 Differenzen resultieren aus beiden Verfahren spiegeln die tatsächliche Genauigkeit wider 45 Koordinatenabweichungen von 1-2mm (L1, L2) zu erwarten L0/L0T mit entsprechend größeren Abweichungen

46 Fazit Typkalibrierung Fazit Typkalibrierung: PCV häufig ähnlich, PCO mit deutlichen unterschieden Antennenelement konstant, Antenne nicht 46 Abweichungen vom Typmittel 1-2mm (s. Beispiel) Abweichung zw. 2 Antennen 2-3mm möglich PCO-Effekt nicht für L1 und L2 identisch. Ursache unklar. Effekte wurden für verschiedene Antennen beobachtet