Aufbau eines lokalen GNSS-Referenznetzes

Abstract

Die relative satellitengestützte Positionierung mittels GNSS erlaubt heute Positionierungsgenauigkeiten im Zentimeterbereich in nahezu Echtzeit. Da die räumliche Korrelation von GNSS-Streckenmessfehlern ab Distanzen von über 15km zur nächsten Referenzstation deutlich abnimmt, wird durch Vernetzung von mehreren Referenzstationen eine regionale Fehlermodellierung durchgeführt, welche die Berechnung von cm-genaue Korrekturen über Distanzen von über 50km zwischen dem Rover und den nächstgelegenen Referenzstationen ermöglicht. In dieser Arbeit wurden zwei Programmpakete (Testversionen von Spider (Leica Geosystems AG) und TopNET (Topcon Corporation)) an einem institutseigenen Server installiert und deren Funktionsweise bei der Verarbeitung von Echtmessdaten eines minimalen Referenzstationsnetzes (3 Stationen) getestet. Nach der Einrichtung des Netzes wurde untersucht, wie einfach die beiden Programme zu bedienen sind, welche Parameter eingestellt werden können und ob sie fehlerfrei arbeiten. Da die installierte Version von TopNET nur die Beobachtungen der nächstgelegenen Referenzstationen versendet, konnten zwar nur wenige Einstellungen getroffen werden, das Programm war allerdings auch sehr einfach zu bedienen. Spider ist wesentlich komplexer konzipiert und erlaubte die Berechnung von Netzwerkkorrekturen. In beiden Programmen wurden die Datenströme der Referenzstationen mit RTCM 3.1 eingebunden. Da es nicht gelang die an und für sich vorhandenen GLONASS-Beobachtungen in beide Programmpakete einzulesen, wurden alle Untersuchungen und Testmessungen nur mit GPS-Daten durchgeführt, um gleiche Bedingungen zu schaffen. Bei den Testmessungen wurden auf der Terrasse der TU-Wien Positionierungen einerseits mit den von beiden Programmen gelieferten Korrekturströmen und andererseits mit den Korrekturdaten eines österreichweiten Positionierungsdienst (EPOSA) durchgeführt. Während in den Lagekoordinaten nur geringe Unterschiede zwischen den Korrekturdiensten und dem Referenzwert festgestellt werden konnten, zeigte die mit den selbst installierten Datenströmen bestimmte Höhenkomponente eine deutliche Abweichung von ca. 8 cm zum Sollwert. Diese systematische Abweichung in der Höhe konnte durch Eingabe einer Null-Antennenkalibrierung anstelle der bekannten Referenzantennenkalibrierung weitgehend beseitigt werden. Die ebenfalls untersuchte Mehrdeutigkeitsfixierung gelang mit dem Dienst von TopNET am schnellsten, was allerdings darauf zurückzuführen ist, dass keine Netzwerk-Korrekturen berechnet werden, sondern nur Beobachtungen versendet werden. Der EPOSA-Dienst und die eigene Spider-Installation berechnen und versenden jedoch Netzkorrekturen.

Nowadays relative satellite positioning with GNSS achieves an accuracy of a few centimetres in almost real time. Since the spatial-correlation of the GNSS-distance measurement error decreases for distances above 15 km, it is necessary to establish a regional error modelling. This model is realised through linking of reference-station observation data and allows for a cm-precise interpolation of range residuals, even if the distance between the rover and the next reference-station is more than 50km. This thesis tests the functionality and performance from two software-packages (test versions from Spider (Leica Geosystems AG) and TopNET (Topcon Corporation)), when processing real observation data of a small reference station network (3 stations). Right after the setup of the network the two packages were analysed how easy they can be handled, which parameters can be set and if they operate faultless. Since the installed version of TopNET solely forwards observation data of the nearest reference station, just a view settings can taken. On the other hand, the handling of the software is quite easy. In comparison the Spider software is far more complex and allows the computation of network-corrections. Both, TopNET and Spider are able to receive and forward observations and correction data via RTCM 3.1. All tests were performed only with GPS-only data. For the test measurements on the terrace of the TU-Wien, positioning was first conducted via the correction-streams provided by the two installed software-packages. For comparison, an Austrian-wide positioning-service (EPOSA) was used as well. The established plane coordinates exhibited almost no difference between the correction-services. On the other hand, the height-component established by means of correction data from the tested software installations deviated by almost 8 cm from the reference height. The reason for this systematic discrepancy in the height was finally uncovered as erroneous interpretation of the introduced antenna calibration. Finally, also the time to fix ambiguities has been investigated. The quickest fixing was offered by the TopNET software. This is due the fact that the Spider and EPOSA service have to decode and interpolate afore network corrections.