Einfluss des Koordinatenrahmens auf die Positionierung mittels Satellitennavigationssystemen

Abstract

In den letzten Jahren nahm der Auf- und Ausbau von GNSS-Referenzstationsnetzen sowohl auf internationaler wie auch nationaler Ebene kontinuierlich zu. Die damit realisierbare präzise satellitengestützte Positionierung erfolgt im Wesentlichen vorerst in globalen geozentrisch gelagerten Referenzrahmen, welche als Realisierungen des ITRS zur Verfügung stehen. Für Europa steht zusätzlich ein vom ITRS abgeleitetes System (ETRS89) zur Verfügung, welches der Rotation der eurasischen Platte nachgeführt und von den nationalen Landesvermessungsbehörden zur Nutzung empfohlen wird. Um schließlich, die im Bereich der praktischen Vermessung benötigten Landeskoordinaten zu erhalten, werden die ITRS- oder ETRS89-Koordinaten in das nationale Datum transformiert und verebnet. Um hochgenaue GPS-Auswerteergebnisse bei mittleren und großen Netzausdehnungen im mm-Bereich zu erzielen, muss eine konsistente Verwendung der Referenzsysteme bzw. Koordinatenrahmen, auf die sich die Satellitenkoordinaten und die Koordinaten der terrestrischen Referenzstationen beziehen, gewährleistet sein. Da die meist genutzte präzise Bahninformation des IGS sich auf den aktuellen ITRF bezieht ist eine gleichzeitige Nutzung der ETRS89 Koordinaten der Referenzstationen in aller Strenge unzulässig. Für die Transformation von Stationskoordinaten zwischen den verschiedenen Koordinatenrahmen des ITRS und ETRS89 werden vom IERS Transformationsmodelle empfohlen. Der Einfluss inkonsistenter Koordinatenrahmen wird am Beispiel einer regionalen GPS-Kampagne untersucht. Es werden GPS-Beobachtungsdaten einer 24-Stunden Session unter Verwendung von präzisen IGS-Bahnen als auch Broadcastephemeriden mit der GPS-Software Bernese ausgewertet.<br />Hierbei werden Koordinatensätze im globalen Referenzrahmen ITRF2000 und im kontinentalen Referenzrahmen ETRF89 generiert und einem eingehenden Vergleich unterzogen.

In recent years, the number of GNSS reference station networks grew continuously, both on international and national level. In principal, these reference station networks allow determine site coordinates in a global frame, most likely in a realisation of the ITRS.<br />Aside continental reference systems have been defined which compensate for the rotation of the continental plate. In Europe, the use of the continental European System, called ETRS89, is recommended by the national Mapping authorities. To obtain national coordinates the ITRS- or ETRS89 coordinates are finally transformed into the national datum and projected onto the local plane.<br />To achieve high-quality GPS results with mm accuracy (for networks with medium and large extension) the consistent use of the involved reference systems and reference frames, to which satellite coordinates and coordinates of terrestrial sites are referred to, has to be ensured. The widely used precise orbit information provided by IGS is always referred to the most current ITRF. Therefore the concurrent use of ETRS89 coordinates of the reference stations can not be recommended. For the transformation of site coordinates between the different coordinate frames of the ITRS and ETRS89 the IERS recommends special transformation models. In this diploma thesis the influence of inconsistent coordinate reference frames on the accuracy of the processed site coordinates is investigated by means of a regional GPS-campaign. GPS-data of a 24-hour observation session is processed, introducing precise IGS orbits as well as broadcast orbits. All calculations are carried out by means of the GPS-Software Bernese. Data sets tied to the global reference frame ITRF2000 and the continental reference frame ETRF89 are generated and finally a comprehensive analysis of the resulting coordinate differences is presented.<br />