GPS-Antennenkalibrierungen beim Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen

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1 GPS-Antennenkalibrierungen beim Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen ( NÖV NRW 2 / Manfred Spata, Bernhard Galitzki, Klaus Strauch und Heidrun Zacharias ) Seite 1

2 Das LVermA NRW kalibriert seit Dezember 2000 GPS-Antennen 120 Einzelkalibrierungen Referenzstations- und Rover-Antennen Relative Feldkalibrierung auf dem Flachdach Bauteil 3 des LVermA NRW Unabhängige Überprüfung der Eignung des Kalibrierstandorts in den Jahren 2000 und 2005 Seite 2

3 Mutterantenne Trimble Choke-Ring mit Wetterschutzhaube TRM TCWD, Serien-Nr Bei den GPS-Antennen aus NRW beziehen sich die Kalibrierwerte auf relativem Niveau auf die Werte der Mutterantenne die vom GIUB 1999 bestimmt wurden auf absolutem Niveau auf die Werte der Mutterantenne die von Geo bestimmt wurden Seite 3

4 AdV-Beschluss 110/5 zur Kalibrierung von Antennen auf den SAPOS -Referenzstationen Die im SAPOS auf den Referenzstationen eingesetzten Antennen sind hinsichtlich offset-, elevations- und azimutabhängiger Phasenzentrums-Variationen zu kalibrieren, und zwar für L1 und L2 in 5 -Schritten sowohl für Elevation als auch für Azimut, nach Möglichkeit ab 0 Elevation, mindestens jedoch ab 5 Elevation. Die Kalibrierung ist in der Nomenklatur des IGS mit dessen Vorzeichen zu führen. Die Niveaufestlegung erfolgt auf die "Nullantenne". AdV-Beschluss 10/3 zur Genauigkeit der Kalibrierung von Antennen auf den SAPOS - Referenzstationen Die im SAPOS auf den Referenzstationen eingesetzten GPS-Antennen sind hinsichtlich elevations- und azimutabhängiger Phasenzentrumsvariationen für den Winkelbereich (Elevation: 5-90 ; Azimut: ) mit einer Genauigkeit (RMS über den gesamten Winkelbereich) von <= 1mm in L1 und <= 1,5mm in L2 zu kalibrieren. AdV-Beschluss 12/17 zur Nutzung des ANTEX-Formates Nutzung des Formates ANTEX zur Verwaltung der Antennenkorrekturparameter. Die von den Ländern bei der Zentralen Stelle SAPOS vorliegenden Kalibrierwerte werden in das Format ANTEX gewandelt und von den Ländern gepflegt. GPS-Richtlinien NRW Nr Eichung, Antennenparameter Seite 4

5 Auswertestrategie des LVermA NRW mit WaSoft/Kalib 1 (2) Kalibrierauswertung in zwei Teilschritten Basislinienauswertung und Berechnung der Antennenkorrektionswerte Berechnungsansatz unbekannte Basislinie Basislinienlänge etwa 4 Meter identische ionosphärische und troposphärische Fehler Höhenunterschied ARP Mutterantenne - Prüfling im Submillimeterbereich Antennenrotation des Prüflings Horizontale Lage alle 24 Stunden um 90 gedreht ( Messung 4 x 24 Stunden, Beobachtungsdaten im 60-Sekundentakt) Seite 5

6 Auswertestrategie des LVermA NRW mit WaSoft/Kalib 2 (2) Die Parameter des Prüflings werden mit Bezug auf das bekannte Phasenzentrum der Mutterantenne bestimmt Zunächst werden die PCO-Werte ermittelt und danach die PCV-Werte über Kugelfunktionsentwicklungen modelliert Das Niveau der Mutterantenne (Relativ oder Absolut) bestimmt das Niveau der Antennenkorrektionen des Prüflings Ausgabe der Kalibrierergebnisse im IGS- oder ANTEX-Format Seite 6

7 Probleme beim Vergleich von Kalibrierergebnissen durch Örtliche Kalibriersituation (Mehrwegeffekte, Antennenträger) Bezeichnung der Antenne (Typ, Seriennummer) Definition des ARP und der Nordausrichtung Kalibrieraufbau (z.b. mit / ohne Dome) Kalibrierverfahren (relative / absolute Feldkalibrierung, Messkammer) Messverfahren (z.b. 4 x 24 Stunden mit Rotation) Auswerteprogramm Parametermodell ( z.b. mit / ohne PCV-Werte) Seite 7

8 Der Vergleich von Kalibrierergebnissen aus verschiedenen Quellen ist nur mit genauer Kenntnis des Kalibrieransatzes und mit geeigneter Software statthaft. Vergleich verschiedener Kalibrierergebnisse mit CCANT Das Programm ermöglicht: Umwandlung von Datenformaten Wechsel zwischen Relativ-Niveau und Absolut-Niveau Vergleich von Einzelkalibrierergebnissen Zusammenfassung von Einzelkalibrierergebnissen zu Typmitteln einer Baugruppe Seite 8

9 NÖV NRW 2/2006 Ergebnisvergleich aus verschiedenen Kalibriereinrichtungen Ergebnisvergleich individueller Antennenkalibrierungen von Geo++ und LVermA NRW (Tab.1a und 1b: PCO und PCV im Millimeterbereich) Ergebnisvergleich von Typmitteln von NGS und LVermA NRW (Tab.1c: Lage und PCV im Submillimeterbereich, nur L2 Höhe differiert um 3mm) Ergebnisvergleich individueller und typspezifischer Antennenparameter Typmittel aus sechs SPP SPKE (Tab.2a: Lageabweichung bis 2 cm durch Montagefehler) Typmittel aus 15 TRM TCWD (Tab.2b: Max. Diff. Individuell - Typmittel Lage 1-mm, Höhe 2-mm) Typmittel aus 18 TRM NONE (Tab.2c: Max. Diff. Individuell - Typmittel Lage 1-mm, Höhe 2-mm) Kalibrierung unter verschiedenen Montagebedingungen TRM NONE mit Grundplatte (Tab.3a) TRM NONE mit Grundplatte und TCWD (Tab.3b) TRM NONE mit Grundplatte, zweitem Dreifuß über Grundplatte und TCWD (Tab.3c) Veränderungen im Nahfeld ergeben Höhenänderungen von bis zu 2 cm bei L0 Wiederholung und Alterung der Kalibrierergebnisse Wiederholung der Antennenkalibrierung TRM GP (Tab.4: PCO und PCV im Submillimeterbereich) Alterung einer TRM TCWD (Tab.5) Weitere langjährige Kalibrierwiederholungen erforderlich Seite 9

10 Zusammenfassung: Gute Übereinstimmung mit den Kalibrierergebnissen anderer Kalibrierstellen Bestätigung der Vorgehensweise des LVermA NRW bei der der Antennenkalibrierung Sowohl die Relativergebnisse als auch die Absolutergebnisse sind mit den entsprechenden Ergebnissen anderer Stellen gleichwertig Anforderungen der AdV und der GPS-Richtlinien NRW werden voll erfüllt Alle SAPOSNRW-Antennen sind individuell kalibriert; sie weisen innerhalb ihrer Baugruppen eine feine Fertigungstoleranz auf Typmittel für Referenzstationsantennen möglich Die Antennenmontage vor Ort muss mit der Kalibriermontage übereinstimmen Zukünftig Untersuchungen zur Alterung von Antennen und zu verschiedenen Antennenmontagen Seite 10

11 GPS-Antennenkalibrierungen beim Landesvermessungsamt NRW Konzept und erste Erfahrungen ausführlich nachzulesen in NÖV 2 / 2006 Seite 11