Zum Einfluss des Antennennahfeldes
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- Georg Fuchs
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1 Zum Einfluss des Antennennahfeldes Gerhard Wübbena, Martin Schmitz, Gerald Boettcher Geo++ Gesellschaft für satellitengestützte geodätische und navigatorische Technologien mbh D Garbsen, Germany
2 Inhalt Motivation Multipath im Nahfeld Untersuchungen zu Nahfeld/Multipath auf PCV-Kalibrierung Untersuchungen zu Nahfeld/Multipath auf GPS-Messungen Zusammenfassung... Ist die Welt noch in Ordnung?
3 Motivation präzise absolute PCV Feldkalibrierung mit Roboter Standardabweichung: 0.2 bis 0.4 mm für L1/L2 PCV Wiederholbarkeit: 1 bis 2 mm L0 PCV im Mittel, Ausnahme Horizont AdV-Benchmark Test 1, Vergleich Kalibrierverfahren auf absolutem Niveau systematische Differenzen der bestimmten PCV Effekte im Koordinatenraum bis zu 3 cm 3D verbleibender Multipath? weitere Effekte? AdV-Benchmark Test 2, GPS Datensatz (Feldmann-Westendorff 2003) Ergebnisse und Analyse veranlassen Detailuntersuchungen Multipath im Nahbereich Antenne (z.b. Elosegui et al. 1995) Untersuchung: PCV-Kalibrierungen mit verändertem Nahfeld Untersuchung: GPS-Messungen unterschiedlicher Aufstellung/Nahfeld
4 Wirkungsweise des Multipath im Nahfeld Antennennahfeld Pfeiler, Stativ, Dreifuß, Adaption, etc. Wirkung auf Signal Diffraktion/Beugung Refextion Imaging? elektro-magnetische Koppelung? Multipath im Nahfeld konstante Geometrie Antenne/Nahfeld systematischer Effekt keine Mittelung über Zeit
5 Multipath durch Horizontalen Reflektor D1 2e isotrope (punktförmige) Antenne h D2 e e unendlicher horizontaler Reflektor Effekt Funktion von Elevation Satellit Umweg bzw. Höhe Reflexionskoeffizient Frequenz
6 Theoretischer Multipath Anteil Pfeileraufstellung Stativaufstellung niedrige Frequenz Effekt in hohen Elevationen Einfluss systematisch und elevationsabhängig hohe Frequenz vergleichbar über Elevation Einfluss geringer
7 Auswirkung bei Anwendungen GPS-Messung systematische Effekt auf Koordinate systematischer Effekt über verfälschte PCV (Pfeilerkalibierungen) Antennenkalibrierung systematischer Anteil im PCV (Pfeilerkalibrierungen) Effekt abhängig Aufstellung (Pfeiler, Stativ, etc.) Adaption (Dreifuß, etc.) unterschiedlich für Antennentyp (Grundplatte, Antennengehäuse, etc.)
8 PCV-Kalibrierung
9 Untersuchungen Nahfeld/Multipath auf PCV-Kalibrierung identische Antenne TRM GP Rekonstruktion von Pfeilerköpfen (Zement beschichtete Holzplatte) Roboter ermöglicht Kalibrierung in unterschiedlicher Konfiguration (konstante Geometrie relativ zur Antenne) Kombinationen aus Pfeilerkopf Dreifuss Adaption 19 cm Zeiss 0.5 cm 30x30 cm Bämpfer 5.8 cm cm
10 TRM GP Referenz aktuelle Kalibrierung der TRM GP (Antenne aus AdV- Benchmark) Wiederholbarkeit Differenz L0 PCV nach zwei Jahren 1-2 mm zufällige Differenzen Bestätigung der absoluten Feldkalibrierung mit Roboter
11 -/ Bämpfer/0.5 cm Dreifuß Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm systematische Differenz
12 - / Zeiss/0.5cm Dreifuß Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm systematische Differenz Verstärkung azimutale Variation zu -/ Bämpfer/0.5 cm in niedrigen Elevationen* * zu berücksichtigen Bedingung PCV(90 )=0
13 30x30cm/ Bämpfer/0.5cm Pfeilerkopf Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm systematische Differenz Verstärkung durch Pfeilerkopf
14 30x30cm/ Zeiss/0.5cm Pfeilerkopf Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm systematische Differenz in niedrigen Elevationen zu 30x30cm/ Bämpfer/0.5cm Verringerung in hohen Elevationen Verstärkung azimutale Variation
15 19cm/ Zeiss/0.5 cm Pfeilerkopf/Dreifuß Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm systematische Differenz in niedrigen Elevationen geringe Änderung zu 30x30cm/ Zeiss/0.5cm
16 19cm/ Bämpfer/0.5 cm Pfeilerkopf/Dreifuß Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm systematische Differenz Verstärkung zu 30x30cm/ Bämpfer/ 0.5cm Verstärkung zu Zeiss vergleichbar Adaption AdV-Benchmark Teil 2
17 19cm/ Bämpfer/5.8 cm Abstand Differenz L0 PCV zur Referenz mm /+1.5 mm systematische Differenz Verbesserung zu 19cm/ Bämpfer/0.5 cm Änderung in hohen Elevationen
18 30x30cm/ Zeiss/5.8cm Abstand Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm Einfluss nah an Referenz
19 - / - /5.8 cm Abstand Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm Einfluss nah an Referenz
20 19cm/ Bämpfer/10.8 cm Abstand Differenz L0 PCV zur Referenz mm mm Einfluss nah an Referenz
21 Ergebnis der Vergleiche Differenzen der PCV im Vollmodell unterschiedlicher Einfluss Dreifuß Effekt stärker durch Symmetrie unterschiedlicher Einfluss Pfeilerkopf Effekt stärker durch Symmetrie unterschiedlicher Einfluss durch Abstand Bestätigung Theorie Nahfeld/Multipath Differenzen rein elevationsabhängiger PCV Mittelung der azimutalen PCV reduzierte Information
22 Vergleich elevationsabhängiger PCV - Nahfeld/Multipath - Dreifuß Pfeilerkopf 30x30cm Pfeilerkopf 19cm Abstand 5.8 cm Abstand 10.8 cm Bämpfer generelle Bestätigung der Ergebnisse Vollmodell Vergleich mit Theorie möglich Zeiss
23 GPS-Messungen
24 Untersuchungen Nahfeld/Multipath auf GPS-Messungen 3 unterschiedliche Antennentyen TRM GP TRM GP (aus AdV-Benchmark) TRM (aus AdV-Benchmark) 36 Tage Messungen auf/über Pfeiler Geo++ Messdach siderisch entsprechenden Zeiten Kopf Dreifuss Adaption 5 Adaptionen 30x30 cm Zeiss 30x30 cm Zeiss 30x30 cm Zeiss 30x30 cm Zeiss Stativ Zeiss absolute individuelle PCV Korrektur Referenzkoordinaten aus ca. 22 Tagen Daten 6 cm 12 cm 15 cm 27 cm 74 cm
25 Effekt Nahfeld Multipath - Adaptionstest 8h - Koordinatenschätzung LX geodätische Antenne Rover Antenne < 2 mm < 5 mm Koordinatenschätzung L0+Troposhäre systematische Differenzen bis 15 mm abhängig vom Abstand Stativaufstellung < 3 mm
26 Effekt Nahfeld - Multipath - AdV-Benchmark Teil 2 - Effekte aus Nahfeld/Multipath dominieren keine Aussagen über PCV-Qualität möglich (siehe AWS 2002) aber: aktuelle Ergebnisse zu Nahfeld/Multipath
27 Effekt Nahfeld - Multipath - Adaptionstest 1h - exemplarisch: Höhenkomponente TRM GP Koordinatenschätzung LX Differenzen < 2 mm Koordinatenschätzung L0+Troposhäre systematische Differenzen bis 30 mm Multipath Einfluss erkennbar
28 Zusammenfassung... Theorie Nahfeld/Mulipath systematische Effekte durch nahe horizontale Reflektoren keine Mittelung des Nahfeld/Multipath Untersuchung von Nahfeld/Mulipath auf PCV-Kalibrierung signifikante Effekte durch Pfeilerkopf, Dreifuß, etc. Untersuchung von Nahfeld/Mulipath auf GPS-Messung Bestätigung Theorie Bestätigung Erkenntnisse aus PCV-Kalibrierungen mit Nahfeld/Mulipath Veränderungen
29 Ist die Welt noch in Ordnung? stationsabhängige Fehleranteile Antenne absolute Antennenkalibrierung Pfeilerkalibrierungen: Effekte durch Nahfeld/Multipath => Kalibrierung Nahfeld-Effekte mit Roboter/Rekonstruktion Multipath systematischer Effekt (Nahfeld/Multipath) Umgebungs-Multipath (Mittelung über Zeit) => Multipath Stationskalibrierung erfasst beide Effekte Stationsstabilität/Stationsauswahl Zeitreihenanalyse systematische Störung von Pfeileraufstellungen durch Nahfeld/Multipath
30 Dank Arbeitsgruppe Antennen- und Stationskalibrierung Landesvermessung + Geobasisinformation Niedersachsen Förderung in durch Bundesministerium für Bildung, Forschung und Technologie (BMBF) and das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter 50NA9809
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