Kalibrierung von GNSS- Antennen in Hörsaal 16

Transkript

1 Kalibrierung von GNSS- Antennen in Hörsaal 16 Philipp Zeimetz, Barbara Görres, Heiner Kuhlmann (Uni-Bonn) Matthias Becker, Erik Schönemann (TU-Darmstadt) Bonn,

2 Aufgabe Allgemeine Problemstellung: Antenne ist kein punktförmigen Positionssensor Lösung: Reduktion der Messwerte auf einen Punkt (Beschreibung der Antennencharakteristik) Definition einer idealen Antenne: E PCO ARP Distanzfehlerfunktion: dr ( α, β ) = PCO r( α, β )

3 Aufgabe Allgemeine Problemstellung: Antenne ist kein punktförmigen Positionssensor Lösung: Reduktion der Messwerte auf einen Punkt (Beschreibung der Antennencharakteristik) Definition einer realen Antenne: E PCV PCO ARP Distanzfehlerfunktion: ( α, β ) = PCO r( α, β ) PCV ( α, β ) dr +

4 Kalibrierverfahren Relatives Verfahren - z.b. TU Dresden (s. Vortrag L. Wanninger) Absolutes Verfahren mit Roboterarm - Geo++ (s. Vortrag Wübbena) Absolutes Verfahren im HF-Labor - z.b. Uni Bonn

5 Prinzipielles Verfahren - Variation der Elevation - Veränderung der Elevation: 3.6 Grad Schritte Helixantenne Networkanalyser

6 Prinzipielles Verfahren - Azimutale Variation - Veränderung der Elevation: 3.6 Grad Schritte Veränderung des Azimuts: 3.6 Grad Schritte

7 Sendeantenne Block II Satellite: A. Leick: GPS Satellite Surveying, 2nd edition, 1995

8 Absorberhalle WTD81 Greding Absorberhalle TU Darmstadt Eigenschaften der Halle: - Länge 41m, Breite 16 m, Höhe 14 m - Dämpfungsverhalten der Absorber >> 30dB (Faktor 1000) pro Tag Eigenschaften der Halle: - L 8m, B 4 m, H 3 m - Dämpfungsverhalten >> 20 db (Faktor 100) 0 pro Tag

9 Stand der Forschung - Antennenworkshop

10 Stand der Forschung - Antennenworkshop

11 Stand heute Neue Drehapparatur (Nr.II) Abtastintervalle lediglich Funktion der Zeit vollständige Automation Komplette PCV Bestimmung für 200 Frequenzen in nur 120 Minuten Elimination/Aufdeckung von Fehlerquellen Gainkalibrierung Mehrwegeuntersuchungen Frequenzabhängigkeit Wie genau ist das Laborverfahren? Zeigt das Antennenpattern eine Frequenzabhängigkeit?

12 Qualität der Approximation Zur Zeit werden bei allen Verfahren (früher oder später) die Kalibrierergebnisse durch Funktionen approximiert. Genauigkeit: Genauigkeit des Kal.-Verfahrens + Qualität der Approximation

13 Qualität der Approximation

14 Qualität der Approximation

15 Genauigkeitsabschätzung Problem: Solllösung existiert nicht Kriterien: Reproduzierbarkeit der Kalibrierergebnisse (innere Genauigkeit) Vergleich mit Ergebnissen anderer, unabhängiger Verfahren Validierung der Kalibrierergebnisse durch deren Anwendung bei GPS-Messungen (äußere Genauigkeit)

16 Reproduzierbarkeit Identischer Setup geänderter Setup Abstand Sender AUT Kabelführung Antennenhöhen Abstand zu Hallenwänden etc.

17 Vergleich zu Geo++

18 Genauigkeitsabschätzung Vergleich zu Geo++ Ergebnis: niedrige Elevationen: max. Abweichungen 2mm Elevationen > 10 : max. Abweichungen 1mm Ziel: Fehler Faktor 2 kleiner geringerer system. Einfluss

19 Fazit: Genauigkeitsabschätzung Genauigkeitsniveau um Faktor 2 verbessern systematische Anteile müssen verringert werden Aufstellung geeigneter Kriterien zur Beschreibung der Genauigkeit Entwicklung weiterer Verfahren zur Validierung von Kalibrierergebnissen

20 Frequenzanalyse

21 Frequenzabhängigkeit Untersuchungen im L1-Bereich 1555 MHz bis 1615 MHz

22 Gain Frequenzen

23 Phase Frequenzen

24 Phasendifferenzen sichtbare Frequenzabhängigkeit

25 Phasendifferenzen ~95% < 0.5mm

26 Frequenzabhängigkeit PCO-z-Komponente Arbeitsbereich der Antenne Bonn + Schupler und Clark 2001 (Characterizing the Bahavior of Geodetic GPS Antennas. GPS World. February 2001.)

27 Frequenzabhängigkeit im Glonass L1 Frequenzband F1(k)=1602+k*9/16 F1(k)=1602+k*9/16 Offset und Diff Plot 1600 MHz bis 1616 MHz

28 Frequenzabhängigkeit im Glonass L1 Frequenzband

29 Frequenzabhängigkeit Glonass

30 Fazit: Frequenzanalyse Die Analysen wurden mit einem erstmals eingesetzten Verfahren durchgeführt. Die präsentierten Ergebnisse sind folglich noch nicht durchgehend überprüft und nur als erste Vorabinformation zu verstehen. Zudem stammen die Ergebnisse aus Tests mit nur 2 Antennentypen. in kleinen Bereichen (~20 MHz) lassen sich die Frequenzabhängigkeiten ohne großen Genauigkeitsverlust durch lineare Funktionen beschreiben eine funktionale Beschreibung über den gesamten Frequenzbereich von E2 bis G1 bzw. L5 bis E6 scheint nicht sinnvoll

31 Demo + Fragen