Aufgabensteller:
Prof. Dr.-Ing. B. Heck
Betreuer:
Dipl.-Ing. M. Mayer

IBNr: 859

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Angesichts der Tatsache, dass Orbitfehler nicht mehr länger als die bedeutendste Fehlerquelle für GPS-Messverfahren angesehen werden dürfen, was an der freien Verfügung von hochgenauen Orbitparametern des International GPS Service (IGS) liegt, sind die Ausbreitungsverzögerungen des GPS-Code- und Phasensignals bedingt durch die Troposphäre in den Vordergrund gerückt, vor allem wenn es um die Steigerung der Höhenkomponentengenauigkeit geht. Die zenitale Wegverzögerung durch die troposphärische Refraktion liegt in der Größenordnung von ca. 2.3 m, was ungefähr 8 ns entspricht.

Um diese Refraktion zu approximieren bzw. zu reduzieren, existieren mehrere a priori Modellansätze und Projektionsfunktionen (Mapping Functions). Einige wurden am Geodätischen Institut der Universität Karlsruhe (GIK) im Rahmen von früheren Diplomarbeit untersucht.

Diese Diplomarbeit widmet sich erweiterten Untersuchungen basierend auf dem Datenmaterial der SCAR-Kampagne 1998 (Scientific Committee on Antarctic Research). Mit einer Elevationsmaske von 5° vorverarbeitete Basislinien werden mit den GPS-Auswerteprogrammen Berner Software Version 4.0 und 4.2 des Astronomischen Instituts der Universität Bern (AIUB) ausgewertet und bspw. an Hand ihrer Ambiguitylösungen, troposphärischen Parameter oder der Netz- und Koordinatengenauigkeit verglichen.

Bei diesen erweiterten Untersuchungen wurde auf Empfehlung des AIUB auf ein a priori Modell der Troposphäre verzichtet und somit die ganze troposphärische Korrektur mittels sog. Troposphärenparametern geschätzt. Die Gegenüberstellungen beziehen sich dabei auf Auswertungen mit der bisherigen GIK-Strategie bei 10° Elevation und der neuen Strategie bei 5° und 10°.

Weitere Vergleichsstudien betreffen die stochastischen Vorinformationen der stationsspezifischen Troposphärenparameter. Diese lagen bei der bisherigen GIK-Standardauswertestrategie für den ersten absoluten Parameter bei 0.1 m und für die restlichen relativen bei 5 m. Im dritten Teil wird das globale Troposphärenmodell, das im Rahmen des International GPS Service (IGS) vom AIUB über einen FTP-Server angeboten wird, in die Auswertung eingebunden. Dies ermöglicht, troposphärische Korrekturparameter aus der weltweiten Auswertung des IGS-Netzes stammend hierarchisch einzuführen, um auf diese Weise diese Vorinformation zu nutzen.

All diese Ansätze haben die selbe Motivation, sie gehen weg von theoretischen Modellen der Troposphäre und hin zu stationsbedingten Schätzungen bzw. Vorinformationen. Diese stationsbedingten Schätzungen inklusive der Vorinformation des weltweiten IGS-Netzes sollen die physikalischen Eigenschaften an Ort und Stelle und in einer kleineren zeitlichen Auflösung in die Korrekturschätzung mit einbeziehen, anstatt wie das a priori Modell, in der Annahme eines hydrostatischen Gleichgewichts, diese zu ignorieren.

Die Ergebnisse der Auswertungen ohne a priori Modell sprechen sich nicht eindeutig für eine Strategie aus. Die bessere innere Genauigkeit der bisherigen Strategie könnte von dem theoretischen Troposphärenmodell herstammen, das überall ähnliche physikalische Bedingungen annimmt. Bezüglich der Koordinatengenauigkeit ist allerdings das neue Verfahren um die Faktoren zwei bis drei besser.

Die Ergebnisse der Untersuchung über die Genauigkeiten der troposphärischen Korrekturen entfallen eindeutig auf die Empfehlungen der Berner Software 4.2. In allen Sparten überzeugen die Auswertungen, die mit einer absoluten Genauigkeit von 1.0 m und mehr bestimmt wurden. Die relative Genauigkeit hat weniger Einfluss und bringt bei festgehaltener absoluter Genauigkeit bei einem Spektrum von 0.1 m bis 2.0 m keine Veränderungen. Somit liegen die Empfehlungen 1.0 m und 5.0 m im absoluten und relativen Bereich auch bei diesen SCAR-Auswertungen richtig.

Bei der Benutzung eines globalen Troposphärenmodells empfiehlt das Handbuch der Berner Software, kein a priori Modell zu benutzen und der Station, auf der die Vorinformation eingeführt wurde, keine troposphärische Korrektur zukommen zu lassen. Die Methode mit diesen Einstellungen hat im Vergleich zu der GIK-Referenzmethode in jeglicher Hinsicht die besten Genauigkeiten bei den Vergleichsuntersuchungen eingenommen. Hinzu kommt, dass sie stabile Koordinaten und keine Ausreisser wie manch andere Variante hat. Ein Koordinatenvergleich ist sinnlos, da es eben nur Referenz- aber keine Sollkoordinaten gibt, allerdings konnten systematische Effekte beobachtet werden.

Die in dieser Diplomarbeit untersuchten Richtungsweisungen für GPS-Auswertungen haben sich in vielen Vergleichen als der richtige Weg gezeigt. Da die Refraktion der Troposphäre heutzutage noch die größte Hürde darstellt, um geodätische Genauigkeiten zu erlangen, werden diese Wege sicherlich und gerechtfertigterweise eingeschlagen werden.