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VGI - Autor
Robert Weber
Wir haben 23 Artikel von und mit Robert Weber gefunden.
globale Satellitennavigationssysteme (GNSS), Internationaler Terrestrischer Referenzrahmen 2020 (ITRF2020), Ansatz der rohen Beobachtung
Kurzfassung
Die 3,5-jährige Evaluierung (2019/01 – 2022/06) der Qualität des NeQuick G-Modells lieferte wertvolle Einblicke in seine Genauigkeit und Fähigkeit, die Ionosphäre für Single-Frequency-Benutzer (SF) während verschiedener ionosphärischer Aktivitätsniveaus zu modellieren. In dieser Studie wird die Genauigkeit des modellierten vertikalen Total Electron Content (VTEC) sowie die durch Modellfehler verursachten horizontalen und vertikalen Positionsfehler untersucht. In Bezug auf die Genauigkeit des Total Electron Contents (TEC) und die SF-Positionsgenauigkeit übertrifft das NeQuick G-Modell das Klobuchar-Modell; daher könnte das NeQuick G-Modell wirksamer sein, um die Auswirkungen ionosphärischer Störungen auf die Signale des SF Global Navigation Satellite Systems (GNSS) abzuschwächen. Infolgedessen kann die TEC-Genauigkeit des NeQuick G-Modells zu einer genaueren Positionierung führen.
Abstract
The 3.5 years (2019/01 - 2022/06) evaluation of the NeQuick G model performance provided valuable insight into its accuracy and capability to model the ionosphere for single-frequency (SF) users during different ionospheric activity levels. In this study, the Vertical Total Electron Content (VTEC) accuracy, along with the horizontal and vertical position errors introduced by model deficiencies are investigated. In terms of Total Electron Content (TEC) accuracy and SF position accuracy, the NeQuick G model outperforms the Klobuchar model; therefore, the NeQuick G model might be more effective for mitigating the effects of ionospheric disturbances on SF Global Navigation Satellite Systems (GNSS) signals. In consequence, the TEC accuracy offered by the NeQuick G model can result in a more accurate positioning.
Die 3,5-jährige Evaluierung (2019/01 – 2022/06) der Qualität des NeQuick G-Modells lieferte wertvolle Einblicke in seine Genauigkeit und Fähigkeit, die Ionosphäre für Single-Frequency-Benutzer (SF) während verschiedener ionosphärischer Aktivitätsniveaus zu modellieren. In dieser Studie wird die Genauigkeit des modellierten vertikalen Total Electron Content (VTEC) sowie die durch Modellfehler verursachten horizontalen und vertikalen Positionsfehler untersucht. In Bezug auf die Genauigkeit des Total Electron Contents (TEC) und die SF-Positionsgenauigkeit übertrifft das NeQuick G-Modell das Klobuchar-Modell; daher könnte das NeQuick G-Modell wirksamer sein, um die Auswirkungen ionosphärischer Störungen auf die Signale des SF Global Navigation Satellite Systems (GNSS) abzuschwächen. Infolgedessen kann die TEC-Genauigkeit des NeQuick G-Modells zu einer genaueren Positionierung führen.
Abstract
The 3.5 years (2019/01 - 2022/06) evaluation of the NeQuick G model performance provided valuable insight into its accuracy and capability to model the ionosphere for single-frequency (SF) users during different ionospheric activity levels. In this study, the Vertical Total Electron Content (VTEC) accuracy, along with the horizontal and vertical position errors introduced by model deficiencies are investigated. In terms of Total Electron Content (TEC) accuracy and SF position accuracy, the NeQuick G model outperforms the Klobuchar model; therefore, the NeQuick G model might be more effective for mitigating the effects of ionospheric disturbances on SF Global Navigation Satellite Systems (GNSS) signals. In consequence, the TEC accuracy offered by the NeQuick G model can result in a more accurate positioning.
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VGI_202305_Hanna.pdf
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Site-Augmentation of Empirical Tropospheric Delay Models in GNSS
Kurzfassung
Die inkorrekte Modellierung troposphärischer Laufzeitverzögerungen ist eine der Hauptfehlerquellen in der GNSS-Auswertung, da sie die Genauigkeit der Positionsbestimmung signifikant beeinträchtigt. Viele GNSS-Nutzer haben keinen Zugriff auf numerische Wettermodelle (NWM) oder gar auf Raytracing-Programme, mit welchen sich die troposphärischen Laufzeitverzögerungen der Signale sehr genau aus den NWM berechnen ließen. Aus diesem Grund kommt empirischen Troposphärenmodellen wie beispielsweise GPT2w (Global Pressure and Temperature 2 wet; Böhm et al., 2015) [1] in GNSS eine besondere Bedeutung zu. Leider ist deren Genauigkeit nicht mit jener von Echtzeitmodellen vergleichbar, was vor allem daran liegt, dass empirische Modelle kurzfristige Wettervariationen nicht erfassen können. Allerdings kann die Genauigkeit empirischer Modelle durch Hinzunahme meteorologischer Messungen an der Station deutlich gesteigert werden; die hydrostatische Zenitlaufzeitverzögerung kann sehr genau aus lokalen Druckmessungen berechnet werden, was es in GNSS-Auswertungen ohnehin übliche Praxis ist. In diesem Artikel wird ein Modell vorgestellt, mit welchem die feuchte Zenitlaufzeitverzögerung, die den Hauptunsicherheitsfaktor in der Troposphärenmodellierung darstellt, durch lokale Messungen von Temperatur und Wasserdampfdruck wesentlich genauer bestimmt werden kann als es durch rein empirische Methoden möglich ist. Vergleiche mit hochgenauen IGS-Produkten und Raytracing zeigen schließlich, dass mit diesem Modell die Genauigkeit empirischer feuchter Zenitlaufzeitverzögerungen um bis zu 30 % erhöht werden kann.
Abstract
Incorrect modeling of tropospheric delays is one of the major error sources in GNSS analysis, as it considerably impairs the accuracy of determined positions. Many GNSS users have no access to real-time information from numerical weather models (NWM), even less to a ray-tracing program capable of directly determining very exact tropospheric path delays. For this reason, empirical troposphere models such as GPT2w (Global Pressure and Temperature 2 wet; Böhm et al., 2015) [1] are of fundamental importance in GNSS analysis. Unfortunately, the accuracy of these empirical models is far worse than that of real-time data, mainly because there is no possibility of capturing short term weather variations, which do not follow seasonal trends. However, in situ meteorological data can be used to significantly improve these empirical models. As is common practice in GNSS analysis, in situ pressure allows very accurate determination of the zenith hydrostatic path delay. In this paper, a new model is proposed revealing new possibilities of improving the zenith wet path delay, which constitutes the main element of uncertainty in troposphere modeling, by additional knowledge of temperature T and water vapor pressure e. Comparison with IGS products or ray-tracing proves the ability of this model to improve empirical zenith wet delays considerably by up to 30%.
Die inkorrekte Modellierung troposphärischer Laufzeitverzögerungen ist eine der Hauptfehlerquellen in der GNSS-Auswertung, da sie die Genauigkeit der Positionsbestimmung signifikant beeinträchtigt. Viele GNSS-Nutzer haben keinen Zugriff auf numerische Wettermodelle (NWM) oder gar auf Raytracing-Programme, mit welchen sich die troposphärischen Laufzeitverzögerungen der Signale sehr genau aus den NWM berechnen ließen. Aus diesem Grund kommt empirischen Troposphärenmodellen wie beispielsweise GPT2w (Global Pressure and Temperature 2 wet; Böhm et al., 2015) [1] in GNSS eine besondere Bedeutung zu. Leider ist deren Genauigkeit nicht mit jener von Echtzeitmodellen vergleichbar, was vor allem daran liegt, dass empirische Modelle kurzfristige Wettervariationen nicht erfassen können. Allerdings kann die Genauigkeit empirischer Modelle durch Hinzunahme meteorologischer Messungen an der Station deutlich gesteigert werden; die hydrostatische Zenitlaufzeitverzögerung kann sehr genau aus lokalen Druckmessungen berechnet werden, was es in GNSS-Auswertungen ohnehin übliche Praxis ist. In diesem Artikel wird ein Modell vorgestellt, mit welchem die feuchte Zenitlaufzeitverzögerung, die den Hauptunsicherheitsfaktor in der Troposphärenmodellierung darstellt, durch lokale Messungen von Temperatur und Wasserdampfdruck wesentlich genauer bestimmt werden kann als es durch rein empirische Methoden möglich ist. Vergleiche mit hochgenauen IGS-Produkten und Raytracing zeigen schließlich, dass mit diesem Modell die Genauigkeit empirischer feuchter Zenitlaufzeitverzögerungen um bis zu 30 % erhöht werden kann.
Abstract
Incorrect modeling of tropospheric delays is one of the major error sources in GNSS analysis, as it considerably impairs the accuracy of determined positions. Many GNSS users have no access to real-time information from numerical weather models (NWM), even less to a ray-tracing program capable of directly determining very exact tropospheric path delays. For this reason, empirical troposphere models such as GPT2w (Global Pressure and Temperature 2 wet; Böhm et al., 2015) [1] are of fundamental importance in GNSS analysis. Unfortunately, the accuracy of these empirical models is far worse than that of real-time data, mainly because there is no possibility of capturing short term weather variations, which do not follow seasonal trends. However, in situ meteorological data can be used to significantly improve these empirical models. As is common practice in GNSS analysis, in situ pressure allows very accurate determination of the zenith hydrostatic path delay. In this paper, a new model is proposed revealing new possibilities of improving the zenith wet path delay, which constitutes the main element of uncertainty in troposphere modeling, by additional knowledge of temperature T and water vapor pressure e. Comparison with IGS products or ray-tracing proves the ability of this model to improve empirical zenith wet delays considerably by up to 30%.
Keywords/Schlüsselwörter
GNSS troposphärische Laufzeitverzögerung feuchte Zenitlaufzeitverzögerung VMF1 GPT2w
GNSS troposphärische Laufzeitverzögerung feuchte Zenitlaufzeitverzögerung VMF1 GPT2w
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VGI_201609_Landskron.pdf
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Ambiguity fixing in real-time PPP - Determination of uncalibrated phase delays using a regional network
Kurzfassung
In den letzten Jahren hat sich die präzise Einzelpunktbestimmung (PPP) in Echtzeit zu einer namhaften Technologie für die Positionsbestimmung mit Hilfe von Globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) entwickelt, die heutzutage schon für diverse Anwendungen zum Einsatz kommt. Durch die Kombination undifferenzierter Beobachtungen eines Zweifrequenz GNSS Empfängers mit präziser Satellitenbahn- und Uhrinformationen ermöglicht PPP eine Positionsbestimmung im Zentimeter- bis Dezimeterbereich. Allerdings reichen diese Korrekturen nicht aus um die Mehrdeutigkeiten zu fixieren, weshalb PPP sehr lange Initialisierungszeiten benötigt, um die gewünschte Positionsgenauigkeit zu erreichen. Diese langen Konvergenzzeiten sind in Hinblick auf zahlreiche Anwendungen der größte limitierende Faktor von PPP. Dieser Beitrag soll einen Überblick über das Projekt PPPServe (gefördert durch die österreichische Forschungsförderungsgesellschaft - FFG) geben. Ziel dieses Projektes war die Entwicklung geeigneter Algorithmen für Echtzeit PPP mit dem Schwerpunkt der Mehrdeutigkeitslösung von undifferenzierten Beobachtungen. Dieser Beitrag beschäftigt sich im speziellen mit dem Prozess und den Problemen bei der Berechnung der sogenten wide-lane und narrow-lane Phasenverzögerungen, welche eine Fixierung der Mehrdeutigkeiten in Echtzeit PPP erlauben. Des Weiteren werden die erreichte Genauigkeit und die temporale Stabilität der berechneten Phasenverzögerungen, sowie die Güte der am Rover ermittelten Position an Hand der aktuellsten Resultate diskutiert.
Abstract
In the last years real-time Precise Point Positioning (PPP) became a well-known GNSS positioning technique which is nowadays already used for various applications. Combining precise satellite positions and clock corrections with zero-difference observations from a dual-frequency GNSS receiver PPP is able to provide position solutions at decimeter to centimeter level. However, these corrections are insufficient to fix the ambiguities, which is why PPP still suffers from long initialization periods until the solution converges to the desired accuracy. This long convergence time is one of the most limiting factors of real-time PPP with regard to numerous applications. This contribution shall give an overview on the work performed in the research project PPPServe (funded by the Austrian Research Promotion Agency - FFG), which aimed at the development of appropriate algorithms for real-time PPP with special emphasis on the ambiguity resolution of zero-difference observations. It shall especially deal with the process and obstacles of calculating the so-called wide-lane and narrow-lane phase-delays which allow PPP-base ambiguity fixing in real-time. Furthermore, the achieved quality and the temporal stability of the estimated phase delays as well as the coordinate convergence period and coordinate quality achieved at the rover site will be discussed on basis of the most recent results.
In den letzten Jahren hat sich die präzise Einzelpunktbestimmung (PPP) in Echtzeit zu einer namhaften Technologie für die Positionsbestimmung mit Hilfe von Globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) entwickelt, die heutzutage schon für diverse Anwendungen zum Einsatz kommt. Durch die Kombination undifferenzierter Beobachtungen eines Zweifrequenz GNSS Empfängers mit präziser Satellitenbahn- und Uhrinformationen ermöglicht PPP eine Positionsbestimmung im Zentimeter- bis Dezimeterbereich. Allerdings reichen diese Korrekturen nicht aus um die Mehrdeutigkeiten zu fixieren, weshalb PPP sehr lange Initialisierungszeiten benötigt, um die gewünschte Positionsgenauigkeit zu erreichen. Diese langen Konvergenzzeiten sind in Hinblick auf zahlreiche Anwendungen der größte limitierende Faktor von PPP. Dieser Beitrag soll einen Überblick über das Projekt PPPServe (gefördert durch die österreichische Forschungsförderungsgesellschaft - FFG) geben. Ziel dieses Projektes war die Entwicklung geeigneter Algorithmen für Echtzeit PPP mit dem Schwerpunkt der Mehrdeutigkeitslösung von undifferenzierten Beobachtungen. Dieser Beitrag beschäftigt sich im speziellen mit dem Prozess und den Problemen bei der Berechnung der sogenten wide-lane und narrow-lane Phasenverzögerungen, welche eine Fixierung der Mehrdeutigkeiten in Echtzeit PPP erlauben. Des Weiteren werden die erreichte Genauigkeit und die temporale Stabilität der berechneten Phasenverzögerungen, sowie die Güte der am Rover ermittelten Position an Hand der aktuellsten Resultate diskutiert.
Abstract
In the last years real-time Precise Point Positioning (PPP) became a well-known GNSS positioning technique which is nowadays already used for various applications. Combining precise satellite positions and clock corrections with zero-difference observations from a dual-frequency GNSS receiver PPP is able to provide position solutions at decimeter to centimeter level. However, these corrections are insufficient to fix the ambiguities, which is why PPP still suffers from long initialization periods until the solution converges to the desired accuracy. This long convergence time is one of the most limiting factors of real-time PPP with regard to numerous applications. This contribution shall give an overview on the work performed in the research project PPPServe (funded by the Austrian Research Promotion Agency - FFG), which aimed at the development of appropriate algorithms for real-time PPP with special emphasis on the ambiguity resolution of zero-difference observations. It shall especially deal with the process and obstacles of calculating the so-called wide-lane and narrow-lane phase-delays which allow PPP-base ambiguity fixing in real-time. Furthermore, the achieved quality and the temporal stability of the estimated phase delays as well as the coordinate convergence period and coordinate quality achieved at the rover site will be discussed on basis of the most recent results.
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VGI_201527_Hinterberger.pdf
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Monitoring Tectonic Processes in Eastern Austria based on GNSS-dervied site velocities
Kurzfassung
Nach wie vor andauernde tektonische Prozesse in den Ostalpen führen zu einer Extrusion von Teilen der Ostalpen in Richtung des Pannonischen Beckens und der Karpaten. Das Projekt ALPAACT (seismological and geodetic monitoring of ALpine-PAnnonian ACtive Tectonics) untersucht innerplattentektonische Bewegungen in Österreich. Im Rahmen der Studien wurde ein geodätisch abgeleitetes horizontales Geschwindigkeitsfeld generiert. Das prozessierte GNSS Netz befindet sich im östlichen Teil Österreichs, zwischen der Böhmischen Masse im Norden und dem Steirischen Becken im Süden und erstreckt sich somit über die seismisch aktivsten Bereiche des Untersuchungsgebietes. Für eine Auswahl von ca. 20 permanenten GNSS Beobachtungsstationen wurden bisher Koordinatenzeitreihen über eine Periode von 4 Jahren (2010 bis 2013) mittels der Software Bernese berechnet. Die Koordinatenzeitreihen beziehen sich auf den globalen Referenzrahmen ITRF2000. Anhand einer linearen Regression wurden Stationsgeschwindigkeiten abgeleitet. Die Qualität der Zeitreihen kann durch Datenlücken sowie Abschattungen an den Referenzstationen beeinträchtigt werden, wobei signifikante Diskontinuitäten vor allem durch Hardwarewechsel an den Beobachtungsstationen verursacht werden. Neben den linearen Stationsbewegungen treten in den Zeitserien auch nichtlineare Variationen mit überwiegend jährlichen Perioden auf. Trotzdem kann von einer äußeren Genauigkeit im Bereich von 0.5 mm/Jahr für die geschätzten Geschwindigkeiten der einzelnen Stationen ausgegangen werden. Die Ergebnisse der geodätischen Beobachtungen sind konsistent mit der Geschwindigkeit im sub-mm/Jahr Bereich und entsprechen einer sinistralen Seitenverschiebung entlang des Störungssystems des Mur-Mürztals, des Semmerings und des Wiener Beckens. Die Magnitude der Deformationsgeschwindigkeit ist signifikant kleiner als die Ergebnisse, welche aus frühen großräumigen GNSS Kampagnen stammen und stellt somit einen wichtigen Beitrag zur Beschreibung der plattentektonischen Situation und einer realistischen Abschätzung des Erdbebenrisikos im Untersuchungsgebiet dar.
Abstract
Still ongoing tectonic processes over the Eastern Alps lead to the extrusion of parts of the Eastern Alps towards the Pannonian basin and the Carpathians. The project ALPAACT investigates intra plate movements in the Austrian region. As part of the studies a geodetically derived horizontal velocity field has been derived. For a selection of about 20 sites of a permanent GNSS network, which covers the area of interest, coordinate time series have been obtained. The processed GNSS network is located in the eastern part of Austria, between the Bohemian Massif in the north and the Styrian basin in the south and spreads out over the most active zones of the area. The data series span a period of 4 years (2010 to 2013) so far. Daily coordinate solutions were calculated by means of the Bernese Software and station velocities with respect to the global reference frame ITRF2000 have been derived by means of a linear regression approach. The quality of the time series can evidently be deteriorated by data gaps and physical obstructions surrounding the reference site, significant discontinuities are mainly caused by equipment changes at the observation sites. Apart from the linear station motion also nonlinear variations with predominately an annual period show up in the time series. Nevertheless the accuracy of the provided global velocity estimates can be assumed with accuracy at the level of 0.5 mm/y for individual stations. The geodetic data are consistent with a sinistral strike-slip deformation velocity of sub-mm/y along the Mur-Mürz valley-Semmering-Vienna Basin transfer fault system. The magnitude of the deformation velocity is significantly lower than values derived earlier from large scale GNSS networks and essential for the characterization of the plate tectonic regime and a realistic estimate of seismic hazard in this area.
Nach wie vor andauernde tektonische Prozesse in den Ostalpen führen zu einer Extrusion von Teilen der Ostalpen in Richtung des Pannonischen Beckens und der Karpaten. Das Projekt ALPAACT (seismological and geodetic monitoring of ALpine-PAnnonian ACtive Tectonics) untersucht innerplattentektonische Bewegungen in Österreich. Im Rahmen der Studien wurde ein geodätisch abgeleitetes horizontales Geschwindigkeitsfeld generiert. Das prozessierte GNSS Netz befindet sich im östlichen Teil Österreichs, zwischen der Böhmischen Masse im Norden und dem Steirischen Becken im Süden und erstreckt sich somit über die seismisch aktivsten Bereiche des Untersuchungsgebietes. Für eine Auswahl von ca. 20 permanenten GNSS Beobachtungsstationen wurden bisher Koordinatenzeitreihen über eine Periode von 4 Jahren (2010 bis 2013) mittels der Software Bernese berechnet. Die Koordinatenzeitreihen beziehen sich auf den globalen Referenzrahmen ITRF2000. Anhand einer linearen Regression wurden Stationsgeschwindigkeiten abgeleitet. Die Qualität der Zeitreihen kann durch Datenlücken sowie Abschattungen an den Referenzstationen beeinträchtigt werden, wobei signifikante Diskontinuitäten vor allem durch Hardwarewechsel an den Beobachtungsstationen verursacht werden. Neben den linearen Stationsbewegungen treten in den Zeitserien auch nichtlineare Variationen mit überwiegend jährlichen Perioden auf. Trotzdem kann von einer äußeren Genauigkeit im Bereich von 0.5 mm/Jahr für die geschätzten Geschwindigkeiten der einzelnen Stationen ausgegangen werden. Die Ergebnisse der geodätischen Beobachtungen sind konsistent mit der Geschwindigkeit im sub-mm/Jahr Bereich und entsprechen einer sinistralen Seitenverschiebung entlang des Störungssystems des Mur-Mürztals, des Semmerings und des Wiener Beckens. Die Magnitude der Deformationsgeschwindigkeit ist signifikant kleiner als die Ergebnisse, welche aus frühen großräumigen GNSS Kampagnen stammen und stellt somit einen wichtigen Beitrag zur Beschreibung der plattentektonischen Situation und einer realistischen Abschätzung des Erdbebenrisikos im Untersuchungsgebiet dar.
Abstract
Still ongoing tectonic processes over the Eastern Alps lead to the extrusion of parts of the Eastern Alps towards the Pannonian basin and the Carpathians. The project ALPAACT investigates intra plate movements in the Austrian region. As part of the studies a geodetically derived horizontal velocity field has been derived. For a selection of about 20 sites of a permanent GNSS network, which covers the area of interest, coordinate time series have been obtained. The processed GNSS network is located in the eastern part of Austria, between the Bohemian Massif in the north and the Styrian basin in the south and spreads out over the most active zones of the area. The data series span a period of 4 years (2010 to 2013) so far. Daily coordinate solutions were calculated by means of the Bernese Software and station velocities with respect to the global reference frame ITRF2000 have been derived by means of a linear regression approach. The quality of the time series can evidently be deteriorated by data gaps and physical obstructions surrounding the reference site, significant discontinuities are mainly caused by equipment changes at the observation sites. Apart from the linear station motion also nonlinear variations with predominately an annual period show up in the time series. Nevertheless the accuracy of the provided global velocity estimates can be assumed with accuracy at the level of 0.5 mm/y for individual stations. The geodetic data are consistent with a sinistral strike-slip deformation velocity of sub-mm/y along the Mur-Mürz valley-Semmering-Vienna Basin transfer fault system. The magnitude of the deformation velocity is significantly lower than values derived earlier from large scale GNSS networks and essential for the characterization of the plate tectonic regime and a realistic estimate of seismic hazard in this area.
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VGI_201536_Umnig.pdf
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Aktuelle Multi-GNSS Implementierungsszenarien - Sicht der Systembetreiber und des IGS
Kurzfassung
Mit dem Start der ersten Galileo-Testsatelliten und dem gleichzeitigen Aufbau des chinesischen COMPASS/Beidou Systems ab dem Jahr 2005 ist die vormals auf GPS oder auch GPS/GLONASS basierende satellitengestützte Navigation und Positionierung in ein echtes Multi-GNSS Umfeld getreten. Modernisierungsprogramme der bereits aktiven Systeme bieten eine Vielzahl neuer frei zugänglicher Signale. Die global agierenden Satellitennavigationssysteme werden zusätzlich durch regionale Augmentationssysteme wie WAAS, EGNOS oder auch QZSS komplementiert. In Summe werden dem Nutzer ab ca. 2016 knapp über 100 Navigationssatelliten mit rund 25 nutzbaren Navigationssignalen angeboten. Dieser Beitrag behandelt die aktuellen Implementierungspläne der Systembetreiber von GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS/Beidou. Es werden allerdings auch die bei der Nutzung unterschiedlichster Systemsignale auftretenden Kompatibilitäts- und Kalibrierungsprobleme der am Boden genutzten Hard- und Softwarekomponenten beleuchtet. Der Internationale GNSS Service (IGS) hat seit Februar 2012 ein globales Beobachtungsexperiment (MGEX) ins Leben gerufen, dessen Ziel es ist, neben dem nun deutlich komplexeren Daten.uss und den neuen Datenstandards (RINEX 3.0x, RTCM 3.x) auch die zugehörige erweiterte Datealyse zu erproben, um den IGS in den kommenden Jahren in einen wahren Multi-GNSS Dienst umzuwandeln.
Abstract
Since the launch of the .rst Galileo test satellite in 2005 and the almost simultaneous setup of the Chinese COMPASS/Beidou system satellite based PNT (Positioning, Navigation and Timing) has entered the new era of real multi-GNSS. Upgrade initiatives of the already active systems offer a multitude of new free accessible signals. These globally operable satellite navigation systems are accompanied by regional augmentation systems like WAAS, EGNOS or QZSS. As of around 2016 the user will be able to choose among 100 navigation satellites offering about 25 free signals. This article provides information about current implementation scenarios of the system operating agencies. On the other hand the multitude of signals also entails a number of compatibility and calibration issues which affect the quality of operation of the available receiver hard- and software. To cope with this changing conditions the International GNSS Service (IGS) has launched a global initiative (Multi-GNSS Experiment = MGEX) with the goal to test the more complex data .ow between IGS components and the user community, to establish new data standards (RINEX 3.0x, RTCM 3.x) capable to handle the new signals and last but not least to develop new data modelling techniques. This Experiment shall pave the way for IGS to a real Multi-GNSS Service.
Mit dem Start der ersten Galileo-Testsatelliten und dem gleichzeitigen Aufbau des chinesischen COMPASS/Beidou Systems ab dem Jahr 2005 ist die vormals auf GPS oder auch GPS/GLONASS basierende satellitengestützte Navigation und Positionierung in ein echtes Multi-GNSS Umfeld getreten. Modernisierungsprogramme der bereits aktiven Systeme bieten eine Vielzahl neuer frei zugänglicher Signale. Die global agierenden Satellitennavigationssysteme werden zusätzlich durch regionale Augmentationssysteme wie WAAS, EGNOS oder auch QZSS komplementiert. In Summe werden dem Nutzer ab ca. 2016 knapp über 100 Navigationssatelliten mit rund 25 nutzbaren Navigationssignalen angeboten. Dieser Beitrag behandelt die aktuellen Implementierungspläne der Systembetreiber von GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS/Beidou. Es werden allerdings auch die bei der Nutzung unterschiedlichster Systemsignale auftretenden Kompatibilitäts- und Kalibrierungsprobleme der am Boden genutzten Hard- und Softwarekomponenten beleuchtet. Der Internationale GNSS Service (IGS) hat seit Februar 2012 ein globales Beobachtungsexperiment (MGEX) ins Leben gerufen, dessen Ziel es ist, neben dem nun deutlich komplexeren Daten.uss und den neuen Datenstandards (RINEX 3.0x, RTCM 3.x) auch die zugehörige erweiterte Datealyse zu erproben, um den IGS in den kommenden Jahren in einen wahren Multi-GNSS Dienst umzuwandeln.
Abstract
Since the launch of the .rst Galileo test satellite in 2005 and the almost simultaneous setup of the Chinese COMPASS/Beidou system satellite based PNT (Positioning, Navigation and Timing) has entered the new era of real multi-GNSS. Upgrade initiatives of the already active systems offer a multitude of new free accessible signals. These globally operable satellite navigation systems are accompanied by regional augmentation systems like WAAS, EGNOS or QZSS. As of around 2016 the user will be able to choose among 100 navigation satellites offering about 25 free signals. This article provides information about current implementation scenarios of the system operating agencies. On the other hand the multitude of signals also entails a number of compatibility and calibration issues which affect the quality of operation of the available receiver hard- and software. To cope with this changing conditions the International GNSS Service (IGS) has launched a global initiative (Multi-GNSS Experiment = MGEX) with the goal to test the more complex data .ow between IGS components and the user community, to establish new data standards (RINEX 3.0x, RTCM 3.x) capable to handle the new signals and last but not least to develop new data modelling techniques. This Experiment shall pave the way for IGS to a real Multi-GNSS Service.
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VGI_201220_Weber.pdf
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GNSS/IMU integration for the precise determination of highly kinematic flight trajectories
Kurzfassung
Eine Voraussetzung für die Bestimmung von Punkten auf und nahe der Erdoberfläche unter Verwendung eines luftfahrzeuggestützten Laserscanners ist die Kenntnis der räumlichen Position und der räumlichen Orientierung des Laserscanners während des Fluges. Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt aus Messungen eines Multisensorsystems, bestehend aus einem GNSS Empfänger und einem Trägheitsnavigationssystem. Dieser Artikel beinhaltet die Grundprinzipien der IMU/GNSS Integration sowie den Vergleich einer Integrations-Software, entwickelt an der TU Wien, mit der kommerziellen Software Waypoint. Weitere Untersuchungen befassen sich mit der Modellierung und Implementierung der systematischen Fehler der IMU.
Abstract
An indispensable prerequisite for operating an airborne laserscanner for point determination on or close to the earths surface is the knowledge about the precise spatial position and orientation of the laserscanner. These parameters of the aircrafts (respectively scanner) trajectory can be determined using a multi-sensor system which consists of a GNSS receiver and an inertial navigation system. This article focuses on the basic principles of IMU/ GNSS integration and the comparison of a combination software, developed at TU Vienna, with the commercial software Waypoint. Further investigations cover the implementation and modelling of the IMU sensor errors.
Eine Voraussetzung für die Bestimmung von Punkten auf und nahe der Erdoberfläche unter Verwendung eines luftfahrzeuggestützten Laserscanners ist die Kenntnis der räumlichen Position und der räumlichen Orientierung des Laserscanners während des Fluges. Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt aus Messungen eines Multisensorsystems, bestehend aus einem GNSS Empfänger und einem Trägheitsnavigationssystem. Dieser Artikel beinhaltet die Grundprinzipien der IMU/GNSS Integration sowie den Vergleich einer Integrations-Software, entwickelt an der TU Wien, mit der kommerziellen Software Waypoint. Weitere Untersuchungen befassen sich mit der Modellierung und Implementierung der systematischen Fehler der IMU.
Abstract
An indispensable prerequisite for operating an airborne laserscanner for point determination on or close to the earths surface is the knowledge about the precise spatial position and orientation of the laserscanner. These parameters of the aircrafts (respectively scanner) trajectory can be determined using a multi-sensor system which consists of a GNSS receiver and an inertial navigation system. This article focuses on the basic principles of IMU/ GNSS integration and the comparison of a combination software, developed at TU Vienna, with the commercial software Waypoint. Further investigations cover the implementation and modelling of the IMU sensor errors.
Keywords/Schlüsselwörter
Flugzeugtrajektorie GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) IMU (Inertiale Messeinheit)
Flugzeugtrajektorie GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) IMU (Inertiale Messeinheit)
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VGI_201113_Hinterberger.pdf
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The development of enhanced algorithms for rapid precise point positioning
Kurzfassung
Seit einigen Jahren beschäftigt sich eine Vielzahl von GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) Experten und Forschungsgruppen mit dem Thema Precise Point Positioning (PPP). Diese Positionierungstechnik verwendet undifferenzierte Phasen- und Codebeobachtungen in Kombination mit präzisen Orbits und Uhrkorrekturen, um hochgenaue Positionslösungen zu erhalten. Dabei benötigt PPP im Vergleich zu differentiellen und relativen Positionierungstechniken keine Referenzstation, da global gültige Korrekturdaten von diversen Organisationen angeboten werden. Jedoch wird PPP derzeit aufgrund relativ langer Konvergenzzeiten noch selten für Echtzeitanwendungen eingesetzt. Aus diesem Grund wurde 2009 ein Projekt namens RA-PPP (Rapid Precise Point Positioning) gestartet, dessen Hauptaugenmerk auf der Erforschung und Evaluierung neuer Algorithmen und Methoden für PPP lag. Einige Ansätze zur Verringerung der Konvergenzzeit als auch zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit wurden untersucht und entwickelt, um schließlich im Rahmen eines PPP Software Clients evaluiert zu werden. Dieser Artikel präsentiert einige Aspekte dieser Projektarbeit sowie den Aufbau und die Ergebnisse der entwickelten Software. Am Ende des Papers wird ein Ausblick auf eine derzeit laufende Echtzeit-Implementierung gegeben.
Abstract
Within the last decade, Precise Point Positioning (PPP) has been discussed by GNSS (Global Navigation Satellite System) experts and research groups all over the world. PPP uses code or phase observations on zero-difference level in combination with precise orbits and clock corrections to achieve highly accurate point coordinates. PPP in comparison to Differential GPS (DGPS) and Real-Time Kinematic (RTK) based techniques has no need for nearby reference stations, since the corrections used for PPP are globally valid. Still, PPP is suffering from long convergence times, which makes it rarely used for real-time applications. Therefore, the project RA-PPP (Rapid Precise Point Positioning) was started in 2009 to conduct detailed investigations on new algorithms for PPP. Several techniques to reduce the convergence time and to increase the accuracies were developed and finally implemented into a PPP client for evaluation purposes. This paper will present the investigations and results of the project, as well as the developed PPP client. Finally, a first glance on a PPP real-time implementation is provided.
Seit einigen Jahren beschäftigt sich eine Vielzahl von GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) Experten und Forschungsgruppen mit dem Thema Precise Point Positioning (PPP). Diese Positionierungstechnik verwendet undifferenzierte Phasen- und Codebeobachtungen in Kombination mit präzisen Orbits und Uhrkorrekturen, um hochgenaue Positionslösungen zu erhalten. Dabei benötigt PPP im Vergleich zu differentiellen und relativen Positionierungstechniken keine Referenzstation, da global gültige Korrekturdaten von diversen Organisationen angeboten werden. Jedoch wird PPP derzeit aufgrund relativ langer Konvergenzzeiten noch selten für Echtzeitanwendungen eingesetzt. Aus diesem Grund wurde 2009 ein Projekt namens RA-PPP (Rapid Precise Point Positioning) gestartet, dessen Hauptaugenmerk auf der Erforschung und Evaluierung neuer Algorithmen und Methoden für PPP lag. Einige Ansätze zur Verringerung der Konvergenzzeit als auch zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit wurden untersucht und entwickelt, um schließlich im Rahmen eines PPP Software Clients evaluiert zu werden. Dieser Artikel präsentiert einige Aspekte dieser Projektarbeit sowie den Aufbau und die Ergebnisse der entwickelten Software. Am Ende des Papers wird ein Ausblick auf eine derzeit laufende Echtzeit-Implementierung gegeben.
Abstract
Within the last decade, Precise Point Positioning (PPP) has been discussed by GNSS (Global Navigation Satellite System) experts and research groups all over the world. PPP uses code or phase observations on zero-difference level in combination with precise orbits and clock corrections to achieve highly accurate point coordinates. PPP in comparison to Differential GPS (DGPS) and Real-Time Kinematic (RTK) based techniques has no need for nearby reference stations, since the corrections used for PPP are globally valid. Still, PPP is suffering from long convergence times, which makes it rarely used for real-time applications. Therefore, the project RA-PPP (Rapid Precise Point Positioning) was started in 2009 to conduct detailed investigations on new algorithms for PPP. Several techniques to reduce the convergence time and to increase the accuracies were developed and finally implemented into a PPP client for evaluation purposes. This paper will present the investigations and results of the project, as well as the developed PPP client. Finally, a first glance on a PPP real-time implementation is provided.
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VGI_201114_Huber.pdf
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Active tectonic deformation at the transition from the European and Pannonian domain monitored by a local GNSS network
Kurzfassung
Tektonische Prozesse, die zur Bildung der Alpen, Karpathen und Dinariden, sowie der Entstehung des Pannonische Beckens führten, sind auch heute noch aktiv. Der Übergang von der Europäischen Plattform und den Ostalpen hin zum Pannonischen Becken ist davon in besonderer Weise betroffen. Deformationsanalysen von GPS-Netzen bestätigen die anhaltende laterale Extrusion von Teilen der Ostalpen hin zum Pannonischen Becken. Erdbeben und rezente Deformationen konzentrieren sich entlang NE-SW streichender, sinistraler Seitenverschiebungen (Mur-Mürz Störung und Störungsysteme im südlichen Wiener Becken). Dieser Bereich ist auch das Untersuchungsgebiet von ALPAACT (Seismological and geodetic monitoring of ALpine-PAnnonian ACtive Tectonics). Das geodätische Monitoring der aktiven Tektonik erfolgt durch ein lokales GNSS Netz, das sich von der Böhmischen Masse im Norden bis hin zum Steirischen Becken im Süden erstreckt und somit den Bereich der aktiven Störungen gut überdeckt. Die insgesamt 23 Stationen gehören entweder dem IGS-Netz, oder regionalen RTK-Positionierungsdiensten (ÖBB, Wien-Energie, BEWAG, EVN) an. Bislang wurden Daten der Jahre 2007 und 2008 mit der Software Bernese 5.0 unter Berücksichtigung präziser Bahninformation reprozessiert. Die Lösung ist über drei IGS-Stationen in ITRF2000 eingebunden. Für eine geodynamische Interpretation wurden die Geschwindigkeiten auf die Station Graz-Lustbühel (GRAZ) bezogen. Die Streuung der einzelnen Geschwindigkeitsvektoren ist groß und ein systematischer Anteil nicht unmittelbar erkennbar. Die mittlere Geschwindigkeit der südlich des Störungssystems Mur-Mürztal und Wiener Becken gelegenen Stationen gegenüber den nördlich davon gelegenen beträgt 1.1 mm/Jahr und ist ungefähr NE orientiert (Azimuth = 55°). Diese Werte entsprechen nahezu exakt einem kinematischen Modell der Ostalpen, das aus der Struktur der Lithosphäre abgeleitet und mittels regionaler geodätischer Deformationsmodelle kalibriert wurde. Die in der Arbeit präsentierten Ergebnisse sind wegen der geringen Relativbewegungen und kurzen Beobachtungsdauer trotz dieser guten Übereinstimmung nur als vorläufig anzusehen. Eine Beobachtungsdauer von mindestens 10 Jahren wird angestrebt.
Abstract
Tectonic processes which led to the generation of the Alps, Carpathians, Dinarides, and the Pannonian basin are still on work. In particular they affect the transition zone from the European platform over the Eastern Alps to the Pannonian basin. GPS network solutions confirm the ongoing lateral extrusion of East Alpine crustal blocks directed to the Pannonian basin. Earthquakes and neo-tectonic deformations are concentrated along NE-SW oriented sinistral strike-slip faults (Mur-Mürz faults and Vienna transfer fault system). This area is the target of ALPAACT (Seismological and geodetic monitoring of ALpine-PAnnonian ACtive Tectonics). The geodetic monitoring of active tectonics in this area is realized by a local GNSS network, which extends from the Bohemian Massif in the north to the Styrian basin in the south and spreads out over the active fault zone. The total of 23 stations belongs either to the IGS network or to regional RTK-positioning services (ÖBB, Wien-Energie, BEWAG, EVN). So far GNSS observation data from the years 2007 and 2008 were reprocessed using the Bernese software 5.0 and precise orbits. The solution is tied to the ITRF2000 by three IGS stations. For a geodynamic interpretation the velocities are referenced to the station Graz-Lustbühel (GRAZ). The individual velocity vectors scatter considerably and a systematic trend cannot be recognized directly. The mean velocity of the stations south of the Mur-Mürz valley and the Vienna basin transfer fault system, relative to the stations located in the north, amounts to 1.1 mm/year. Its orientation is about NE (azimuth = 55°). This result fits nearly perfectly the prediction of a kinematic model which was derived from the structure of the lithosphere and calibrated by regional geodetic deformation models. Due to the low relative velocities and the short observation period, these results should be considered as preliminary. Hence efforts will be made to achieve a geodetic monitoring over a time period of ten years.
Tektonische Prozesse, die zur Bildung der Alpen, Karpathen und Dinariden, sowie der Entstehung des Pannonische Beckens führten, sind auch heute noch aktiv. Der Übergang von der Europäischen Plattform und den Ostalpen hin zum Pannonischen Becken ist davon in besonderer Weise betroffen. Deformationsanalysen von GPS-Netzen bestätigen die anhaltende laterale Extrusion von Teilen der Ostalpen hin zum Pannonischen Becken. Erdbeben und rezente Deformationen konzentrieren sich entlang NE-SW streichender, sinistraler Seitenverschiebungen (Mur-Mürz Störung und Störungsysteme im südlichen Wiener Becken). Dieser Bereich ist auch das Untersuchungsgebiet von ALPAACT (Seismological and geodetic monitoring of ALpine-PAnnonian ACtive Tectonics). Das geodätische Monitoring der aktiven Tektonik erfolgt durch ein lokales GNSS Netz, das sich von der Böhmischen Masse im Norden bis hin zum Steirischen Becken im Süden erstreckt und somit den Bereich der aktiven Störungen gut überdeckt. Die insgesamt 23 Stationen gehören entweder dem IGS-Netz, oder regionalen RTK-Positionierungsdiensten (ÖBB, Wien-Energie, BEWAG, EVN) an. Bislang wurden Daten der Jahre 2007 und 2008 mit der Software Bernese 5.0 unter Berücksichtigung präziser Bahninformation reprozessiert. Die Lösung ist über drei IGS-Stationen in ITRF2000 eingebunden. Für eine geodynamische Interpretation wurden die Geschwindigkeiten auf die Station Graz-Lustbühel (GRAZ) bezogen. Die Streuung der einzelnen Geschwindigkeitsvektoren ist groß und ein systematischer Anteil nicht unmittelbar erkennbar. Die mittlere Geschwindigkeit der südlich des Störungssystems Mur-Mürztal und Wiener Becken gelegenen Stationen gegenüber den nördlich davon gelegenen beträgt 1.1 mm/Jahr und ist ungefähr NE orientiert (Azimuth = 55°). Diese Werte entsprechen nahezu exakt einem kinematischen Modell der Ostalpen, das aus der Struktur der Lithosphäre abgeleitet und mittels regionaler geodätischer Deformationsmodelle kalibriert wurde. Die in der Arbeit präsentierten Ergebnisse sind wegen der geringen Relativbewegungen und kurzen Beobachtungsdauer trotz dieser guten Übereinstimmung nur als vorläufig anzusehen. Eine Beobachtungsdauer von mindestens 10 Jahren wird angestrebt.
Abstract
Tectonic processes which led to the generation of the Alps, Carpathians, Dinarides, and the Pannonian basin are still on work. In particular they affect the transition zone from the European platform over the Eastern Alps to the Pannonian basin. GPS network solutions confirm the ongoing lateral extrusion of East Alpine crustal blocks directed to the Pannonian basin. Earthquakes and neo-tectonic deformations are concentrated along NE-SW oriented sinistral strike-slip faults (Mur-Mürz faults and Vienna transfer fault system). This area is the target of ALPAACT (Seismological and geodetic monitoring of ALpine-PAnnonian ACtive Tectonics). The geodetic monitoring of active tectonics in this area is realized by a local GNSS network, which extends from the Bohemian Massif in the north to the Styrian basin in the south and spreads out over the active fault zone. The total of 23 stations belongs either to the IGS network or to regional RTK-positioning services (ÖBB, Wien-Energie, BEWAG, EVN). So far GNSS observation data from the years 2007 and 2008 were reprocessed using the Bernese software 5.0 and precise orbits. The solution is tied to the ITRF2000 by three IGS stations. For a geodynamic interpretation the velocities are referenced to the station Graz-Lustbühel (GRAZ). The individual velocity vectors scatter considerably and a systematic trend cannot be recognized directly. The mean velocity of the stations south of the Mur-Mürz valley and the Vienna basin transfer fault system, relative to the stations located in the north, amounts to 1.1 mm/year. Its orientation is about NE (azimuth = 55°). This result fits nearly perfectly the prediction of a kinematic model which was derived from the structure of the lithosphere and calibrated by regional geodetic deformation models. Due to the low relative velocities and the short observation period, these results should be considered as preliminary. Hence efforts will be made to achieve a geodetic monitoring over a time period of ten years.
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Precise Point Positioning - Towards Real-Time Applications
Kurzfassung
Mit Precise Point Positioning (PPP) wird eine GNSS- (Global Navigation Satellite System) basierte Positionierungstechnik bezeichnet, welche unter Nutzung von 2- Frequenz Code- und Phasenbeobachtungen eines einzelnen Empfängers die Berechnung präziser Stationskoordinaten mit sub-dm Genauigkeit erlaubt. Die Datenprozessierung stützt sich dabei auf präzise Satellitenbahn- und Uhrinformation welche von Organisationen wie dem International GNSS Service (IGS) aus Daten eines globalen Netzwerkes berechnet und bereitgestellt wird. Die ionosphärische Verzögerung wird bei PPP im Allgemeinen durch Bildung der ionosphärenfreien Linearkombination eliminiert, die troposphärische Verzögerung und der Stationsuhrfehler werden als Parameter neben den Koordinaten geschätzt. Seit rund 14 Jahren wird PPP als Punktbestimmungstechnik eingesetzt, vor allem geeignet für Postprozessierung Applikationen. Als Hindernis für die verstärkte Nutzung erwiesen sich die echtzeitnahe Verfügbarkeit von präziser Bahn- und Uhrinformation, eine bis heute unzulängliche Kenntnis der Empfänger- und Satellitenhardwarekalibrierung ("calibration biases") und nicht zuletzt die lange Konvergenzzeit der Koordinatenlösung. Um der stark steigenden Nachfrage nach in Echtzeit verfügbaren Beobachtungsdaten und Bahn- und Uhrprodukten zu begegnen, wurde von IGS die Real-Time Working Group ins Leben gerufen. Die Arbeitsgruppe setzt sich aus Forschungsinstituten aber auch kommerziellen Unternehmen zusammen, welche einerseits GNSS Referenzstationen betreiben oder Echtzeitprodukte aus deren Beobachtungen ableiten. Dieser Artikel beschäftigt sich vorrangig mit dem Beitrag des Instituts für Geodäsie und Geophysik (TU-Wien) zur IGS Real-Time Working Group und mit der erreichbaren Positionierungsgenauigkeit bei Nutzung der intern berechneten und bereitgestellten Echtzeit-Korrekturdatenströmen. Neben dem Positionierungsaspekt wird auch kurz auf das Potenzial der ebenfalls mittels PPP geschätzten troposphärischen Signalverzögerungen eingegangen. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf Stärken aber auch Problembereiche von PPP in Hinblick auf die demnächst verfügbaren neuen Navigationssysteme und Signale.
Abstract
Precise Point Positioning (PPP) denotes a GNSS (Global Navigation Satellite System) based positioning technique, where dual-frequency code and phase measurements from a single receiver are used to calculate precise site coordinates at the sub-decimeter level. The data processing relies on precise satellite orbits and clock correction information determined from observation data of a global reference station network provided by organizations such as the International GNSS Service (IGS). Typically, the ionospheric delay is almost completely eliminated by means of the ionosphere-free linear combination, while the tropospheric delay and the receiver clock bias are estimated parameters along with the site coordinates. Introduced for the first time about 14 years ago the PPP technique was mainly used in post-processing applications. Barriers for a more intense use of PPP were a lack of accurate real-time orbit and clock products, the still poor knowledge of receiver and satellite calibrations biases and last, but not least, long coordinate filter convergence times due to complex or incomplete integer ambiguity fixing. However, to meet the increasing demand of upcoming real-time (RT) applications IGS has initiated a real-time working group to investigate the feasibility of real-time GNSS data distribution and the generation of derived products such as precise clock corrections and orbits. Scientific organizations and companies operating reference stations can participate in the working group either by delivering their data-streams via a central service or by providing real-time GNSS products. This article deals with the contributions of the Institute of Geodesy and Geophysics, Technical University of Vienna (TUW) to the IGS Real-Time Working Group and with the quality of PPP positioning obtained using the RT-data stream established at our institute. Aside from the positioning aspect the potential of PPP to derive related products such as tropospheric delays to contribute to weather forecast models is discussed. Finally prospects as well as current barriers of PPP in view of the upcoming new GNSS systems and signals are highlighted.
Mit Precise Point Positioning (PPP) wird eine GNSS- (Global Navigation Satellite System) basierte Positionierungstechnik bezeichnet, welche unter Nutzung von 2- Frequenz Code- und Phasenbeobachtungen eines einzelnen Empfängers die Berechnung präziser Stationskoordinaten mit sub-dm Genauigkeit erlaubt. Die Datenprozessierung stützt sich dabei auf präzise Satellitenbahn- und Uhrinformation welche von Organisationen wie dem International GNSS Service (IGS) aus Daten eines globalen Netzwerkes berechnet und bereitgestellt wird. Die ionosphärische Verzögerung wird bei PPP im Allgemeinen durch Bildung der ionosphärenfreien Linearkombination eliminiert, die troposphärische Verzögerung und der Stationsuhrfehler werden als Parameter neben den Koordinaten geschätzt. Seit rund 14 Jahren wird PPP als Punktbestimmungstechnik eingesetzt, vor allem geeignet für Postprozessierung Applikationen. Als Hindernis für die verstärkte Nutzung erwiesen sich die echtzeitnahe Verfügbarkeit von präziser Bahn- und Uhrinformation, eine bis heute unzulängliche Kenntnis der Empfänger- und Satellitenhardwarekalibrierung ("calibration biases") und nicht zuletzt die lange Konvergenzzeit der Koordinatenlösung. Um der stark steigenden Nachfrage nach in Echtzeit verfügbaren Beobachtungsdaten und Bahn- und Uhrprodukten zu begegnen, wurde von IGS die Real-Time Working Group ins Leben gerufen. Die Arbeitsgruppe setzt sich aus Forschungsinstituten aber auch kommerziellen Unternehmen zusammen, welche einerseits GNSS Referenzstationen betreiben oder Echtzeitprodukte aus deren Beobachtungen ableiten. Dieser Artikel beschäftigt sich vorrangig mit dem Beitrag des Instituts für Geodäsie und Geophysik (TU-Wien) zur IGS Real-Time Working Group und mit der erreichbaren Positionierungsgenauigkeit bei Nutzung der intern berechneten und bereitgestellten Echtzeit-Korrekturdatenströmen. Neben dem Positionierungsaspekt wird auch kurz auf das Potenzial der ebenfalls mittels PPP geschätzten troposphärischen Signalverzögerungen eingegangen. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick auf Stärken aber auch Problembereiche von PPP in Hinblick auf die demnächst verfügbaren neuen Navigationssysteme und Signale.
Abstract
Precise Point Positioning (PPP) denotes a GNSS (Global Navigation Satellite System) based positioning technique, where dual-frequency code and phase measurements from a single receiver are used to calculate precise site coordinates at the sub-decimeter level. The data processing relies on precise satellite orbits and clock correction information determined from observation data of a global reference station network provided by organizations such as the International GNSS Service (IGS). Typically, the ionospheric delay is almost completely eliminated by means of the ionosphere-free linear combination, while the tropospheric delay and the receiver clock bias are estimated parameters along with the site coordinates. Introduced for the first time about 14 years ago the PPP technique was mainly used in post-processing applications. Barriers for a more intense use of PPP were a lack of accurate real-time orbit and clock products, the still poor knowledge of receiver and satellite calibrations biases and last, but not least, long coordinate filter convergence times due to complex or incomplete integer ambiguity fixing. However, to meet the increasing demand of upcoming real-time (RT) applications IGS has initiated a real-time working group to investigate the feasibility of real-time GNSS data distribution and the generation of derived products such as precise clock corrections and orbits. Scientific organizations and companies operating reference stations can participate in the working group either by delivering their data-streams via a central service or by providing real-time GNSS products. This article deals with the contributions of the Institute of Geodesy and Geophysics, Technical University of Vienna (TUW) to the IGS Real-Time Working Group and with the quality of PPP positioning obtained using the RT-data stream established at our institute. Aside from the positioning aspect the potential of PPP to derive related products such as tropospheric delays to contribute to weather forecast models is discussed. Finally prospects as well as current barriers of PPP in view of the upcoming new GNSS systems and signals are highlighted.
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Comtemporary Education and Quality Assurance in the Geodesy and Geoinformation Programs at the Vienna University of Technology
Kurzfassung
Nicht verfügbar
Abstract
This paper provides some general remarks on the education programs in the domain of Geodesy and Geoinformation at the Vienna University of Technology. Currently one bachelor and three master programs are offered. A special focus point will be attempts for quality assurance.
Nicht verfügbar
Abstract
This paper provides some general remarks on the education programs in the domain of Geodesy and Geoinformation at the Vienna University of Technology. Currently one bachelor and three master programs are offered. A special focus point will be attempts for quality assurance.
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Automated quasi-realtime prediction of GNSS clock corrections
Kurzfassung
Für Positionierungs- und Zeitübertragungsaufgaben mittels GNSS benötigt der Nutzer Informationen über die Satellitenbahndaten und -uhren. Die Analysis Centers (ACs) des IGS (International GNSS Service) stellen die Bahnkoordinaten sowie die Abweichungen der GPS und GLONASS Satellitenuhren zu GPST (GPS-Time) im sp3Format zur Verfügung. Diese Dateien sind jeweils am folgenden Tag über einen freien ftp-Server erhältlich. Die Bahnund Uhrinformationen sind das Ergebnis einer Parameterschätzung (vermittelnder Ausgleich nach der Methode der kleinsten Quadrate) auf Basis der Beobachtungsdaten des IGS-Stationsnetzes. Für Echtzeit-oder beinahe Echtzeit-Anwendungen ist es notwendig, die Satellitenbahnen und -uhren für einen begrenzten Zeitraum vorauszurechnen. An der TU-Wien wurde das Programm GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) entwickelt, welches seit Oktober 2006 mittels eines eigenen Prädiktionsmodells Satellitenuhrkorrekturdaten über einen Zeitraum von 12 Stunden prädiziert. Modellparameter sind die Koeffizienten eines quadratischen Polynoms sowie die Amplitude und die Phasenverschiebung einer zusätzlichen Sinusschwingung mit der Periodendauer eines Satellitenumlaufs. Als Eingangsgrößen dienen die Ultra-Rapid Produkte des IGS, welche dem Nutzer mit einer Verzögerung von ca. 3 Stunden auf der Homepage des IGS [11] zur Verfügung stehen. Die mittels GNSS-VC prädizierten Uhrkorrekturen unterliegen deshalb ebenfalls einer entsprechenden Verspätung. Um die Uhrkorrekturdaten auch in quasi-Echtzeit, also ohne die oben beschriebene Verzögerung, vorhersagen zu können, wurde im Anschluss ein Prädiktionsalgorithmus auf Basis eines KF (Kalman-Filters) entwickelt. Dies ist insofern wichtig, als prädizierte Uhrkorrekturen mit fortschreitender Zeit deutlich an Genauigkeit verlieren. Nach der Bestimmung von Startwerten für die Modellparameter (Koeffizienten eines quadratischen Polynoms) werden diese mit Hilfe des KFs in regelmäßigenIntervallen aktualisiert. Als Eingangsgrößen werden dafür Echtzeit-Uhrkorrekturendes Programms RTR-Control herangezogen [5]. Dieses errechnet Uhrkorrekturdaten im Minutentakt, basierend auf einer Lösung des globalen RT-IGS Stationsnetzes (Real-Time IGS Network), welches zur Zeit mehr als 50 Stationen umfasst. Die über den KF berechneten Uhrdaten werden jeweilsalle 15 Minuten für die folgenden 6 Stunden ermittelt. Ihre Genauigkeit liegt dabei im 2-Nanosekunden-Bereich, was einem radialen Distanzfehler von ca. 60 cm entspricht.
Abstract
For positioning and time transfer applications with GNSS knowledge about satellite specific orbits and clock-corrections is required. The ACs (Analysis Centers) of the IGS (International GNSS Service) provide satellite ephemeris as well as clock corrections to GPST (GPS-Time) in sp3-format for free via internet with a latency of about one day. These orbit and clock information result from a least squares adjustment of the parameters based on observations from the IGS reference station network. The accurate and reliable prediction of satellite clocks and orbits is an indispensable condition of all GNSS based positioning applications in real-time. While the orbits are output to an integration of the well-known force field the clock corrections to GPST (GPS-Time) have to be extrapolated by means of an experienced prediction model. The model used for predicting GPS and GLONASS satellite clocks within program GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) contains basically the coefficients of a quadratic polynomial as well as an amplitude and a phase shift of an once per revolution periodic term. These parameters were initially determined in a least squares adjustment based on the observed part of the IGS Ultra-Rapid clock solutions. Since October 2006 the program GNSS-VC is operated in a fully automated mode. To get rid of the 3 hours delay of the IGS Ultra-Rapid-solution we developed a KF (Kalman-Filter) approach which allows to issue clock predictions in near real-time. This is important, because the accuracy especially of predicted clock-corrections decreases rapidly with time. Parameters in the KF are again the 3 coefficients of a quadratic polynomial. After an initial pre-determination of the parameters the KF continuously updates the model using real-time clock corrections calculated from a one-minute data stream based on observations of the RT-IGS network (Real-Time IGS; more than 50 almost globally distributed stations). These once-per-minute clock correction data are output of the program RTR-Control [5]. Clock predictions are calculated every 15 minutes for the upcoming 6 hours period. We present comparisons of our clock predictions with the Ultra-Rapid and the Rapid solutions of the IGS and with solutions of individual ACs of the IGS. The results of GNSS-VC can be obtained from the institutes webpage [10].
Für Positionierungs- und Zeitübertragungsaufgaben mittels GNSS benötigt der Nutzer Informationen über die Satellitenbahndaten und -uhren. Die Analysis Centers (ACs) des IGS (International GNSS Service) stellen die Bahnkoordinaten sowie die Abweichungen der GPS und GLONASS Satellitenuhren zu GPST (GPS-Time) im sp3Format zur Verfügung. Diese Dateien sind jeweils am folgenden Tag über einen freien ftp-Server erhältlich. Die Bahnund Uhrinformationen sind das Ergebnis einer Parameterschätzung (vermittelnder Ausgleich nach der Methode der kleinsten Quadrate) auf Basis der Beobachtungsdaten des IGS-Stationsnetzes. Für Echtzeit-oder beinahe Echtzeit-Anwendungen ist es notwendig, die Satellitenbahnen und -uhren für einen begrenzten Zeitraum vorauszurechnen. An der TU-Wien wurde das Programm GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) entwickelt, welches seit Oktober 2006 mittels eines eigenen Prädiktionsmodells Satellitenuhrkorrekturdaten über einen Zeitraum von 12 Stunden prädiziert. Modellparameter sind die Koeffizienten eines quadratischen Polynoms sowie die Amplitude und die Phasenverschiebung einer zusätzlichen Sinusschwingung mit der Periodendauer eines Satellitenumlaufs. Als Eingangsgrößen dienen die Ultra-Rapid Produkte des IGS, welche dem Nutzer mit einer Verzögerung von ca. 3 Stunden auf der Homepage des IGS [11] zur Verfügung stehen. Die mittels GNSS-VC prädizierten Uhrkorrekturen unterliegen deshalb ebenfalls einer entsprechenden Verspätung. Um die Uhrkorrekturdaten auch in quasi-Echtzeit, also ohne die oben beschriebene Verzögerung, vorhersagen zu können, wurde im Anschluss ein Prädiktionsalgorithmus auf Basis eines KF (Kalman-Filters) entwickelt. Dies ist insofern wichtig, als prädizierte Uhrkorrekturen mit fortschreitender Zeit deutlich an Genauigkeit verlieren. Nach der Bestimmung von Startwerten für die Modellparameter (Koeffizienten eines quadratischen Polynoms) werden diese mit Hilfe des KFs in regelmäßigenIntervallen aktualisiert. Als Eingangsgrößen werden dafür Echtzeit-Uhrkorrekturendes Programms RTR-Control herangezogen [5]. Dieses errechnet Uhrkorrekturdaten im Minutentakt, basierend auf einer Lösung des globalen RT-IGS Stationsnetzes (Real-Time IGS Network), welches zur Zeit mehr als 50 Stationen umfasst. Die über den KF berechneten Uhrdaten werden jeweilsalle 15 Minuten für die folgenden 6 Stunden ermittelt. Ihre Genauigkeit liegt dabei im 2-Nanosekunden-Bereich, was einem radialen Distanzfehler von ca. 60 cm entspricht.
Abstract
For positioning and time transfer applications with GNSS knowledge about satellite specific orbits and clock-corrections is required. The ACs (Analysis Centers) of the IGS (International GNSS Service) provide satellite ephemeris as well as clock corrections to GPST (GPS-Time) in sp3-format for free via internet with a latency of about one day. These orbit and clock information result from a least squares adjustment of the parameters based on observations from the IGS reference station network. The accurate and reliable prediction of satellite clocks and orbits is an indispensable condition of all GNSS based positioning applications in real-time. While the orbits are output to an integration of the well-known force field the clock corrections to GPST (GPS-Time) have to be extrapolated by means of an experienced prediction model. The model used for predicting GPS and GLONASS satellite clocks within program GNSS-VC (GNSS-Vienna Clocks) contains basically the coefficients of a quadratic polynomial as well as an amplitude and a phase shift of an once per revolution periodic term. These parameters were initially determined in a least squares adjustment based on the observed part of the IGS Ultra-Rapid clock solutions. Since October 2006 the program GNSS-VC is operated in a fully automated mode. To get rid of the 3 hours delay of the IGS Ultra-Rapid-solution we developed a KF (Kalman-Filter) approach which allows to issue clock predictions in near real-time. This is important, because the accuracy especially of predicted clock-corrections decreases rapidly with time. Parameters in the KF are again the 3 coefficients of a quadratic polynomial. After an initial pre-determination of the parameters the KF continuously updates the model using real-time clock corrections calculated from a one-minute data stream based on observations of the RT-IGS network (Real-Time IGS; more than 50 almost globally distributed stations). These once-per-minute clock correction data are output of the program RTR-Control [5]. Clock predictions are calculated every 15 minutes for the upcoming 6 hours period. We present comparisons of our clock predictions with the Ultra-Rapid and the Rapid solutions of the IGS and with solutions of individual ACs of the IGS. The results of GNSS-VC can be obtained from the institutes webpage [10].
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Determination of Earth rotation variations by means of VLBI and GPS and comparison to conventional models
Kurzfassung
Die Gezeiten der festen Erde und der Ozeane verursachen periodische Schwankungen der Erdrotationsparameter (ERP), d.h. der Polkoordinaten (xp; yp) und der Weltzeit (UT1), beziehungsweise deren zeitlicher Ableitung, der Tageslänge (LOD). Die Meeresgezeiten bewirken eintägige und halbtägige Variationen in allen Parametern, während die zonalen Erdgezeiten vorwiegend die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und damit UT1 und LOD beeinflussen. Diese Effekte haben Perioden von ~ 5 Tagen bis zu 18,6 Jahren. Die ERP und ihre Änderungen können heute in hoher zeitlicher Auflösung mit modernen geodätischen Weltraumverfahren beobachtet werden. Zur Betrachtung der kurzund langperiodischen Gezeiteneffekte wurden ERP-Zeitreihen mit einstündiger und 6-stündiger Auflösung aus GPS-Beobachtungen eines Jahres generiert. Aus VLBI-Beobachtungsdaten von sechs Jahren wurden ERP, mit zeitlicher Auflösung von 24 Stunden berechnet. Die hochauflösende GPS-basierte ERP-Serie wurde bezüglich täglicher und subtäglicher Variationen analysiert. Schwankungen in der VLBI-basierten dUT1 und in der GPS-basierten LOD-Serie wurden auf Perioden von 5 bis 32 Tagen untersucht. Die beobachteten Perioden und die dazugehörigen Amplituden wurden mit theoretischen Modellen für die Anregung durch Gezeiten verglichen, um verbleibende Fluktuationen in den ERP-Serien aufzudecken und gegebenenfalls zu interpretieren. Signifikante Signale wurden sowohl mit Perioden der Hauptgezeitenterme, als auch mit nicht gezeitenbezogenen Perioden, im langperiodischen Bereich von 5 bis 32 Tagen, gefunden. Das Auftreten der unerwarteten Variationen ist vermutlich eine Folge unzureichender Modellierung der atmosphärischen Anregung.
Abstract
Oceanic and solid Earth tides induce periodic signals in the Earth rotation parameters (ERP), i.e., the pole coordinates (xp; yp) and universal time (UT1) or length of day (LOD), respectively. The oceanic tides cause variations with diurnal and semidiurnal periods in all parameters, whereas the zonal Earth tides mainly influence the rotational speed of the Earth, and thus UT1 and LOD. These signals show periods from ~ 5 days to 18.6 years. Today, the ERP and their variations can be observed by modern space geodetic techniques with an unprecedented accuracy and temporal resolution. For the investigation of short and long period tidal effects ERP series of one year were computed from GPS observational data with hourly and 6-hours intervals. One ERP series with daily resolution was generated from six years of VLBI observations. The high-resolution GPS-based ERP series was analysed w.r.t. daily and sub-daily tidal variations. The variations in the VLBI-based dUT1 series and the GPS-based LOD series of lower temporal resolution were examined for periods from 5 to 32 days. The observed periods and corresponding amplitudes were compared to the theory of tidal excitation in order to reveal and, if possible, interpret remaining fluctuations in the ERP series. We retrieved significant signal peaks at the periods of the major tidal constituents, as well as at non-tidal periods from 5 to 32 days. The occurrence of the unexpected variations is supposed to be primarily a consequence of insufficient modelling of the atmospheric excitation.
Die Gezeiten der festen Erde und der Ozeane verursachen periodische Schwankungen der Erdrotationsparameter (ERP), d.h. der Polkoordinaten (xp; yp) und der Weltzeit (UT1), beziehungsweise deren zeitlicher Ableitung, der Tageslänge (LOD). Die Meeresgezeiten bewirken eintägige und halbtägige Variationen in allen Parametern, während die zonalen Erdgezeiten vorwiegend die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und damit UT1 und LOD beeinflussen. Diese Effekte haben Perioden von ~ 5 Tagen bis zu 18,6 Jahren. Die ERP und ihre Änderungen können heute in hoher zeitlicher Auflösung mit modernen geodätischen Weltraumverfahren beobachtet werden. Zur Betrachtung der kurzund langperiodischen Gezeiteneffekte wurden ERP-Zeitreihen mit einstündiger und 6-stündiger Auflösung aus GPS-Beobachtungen eines Jahres generiert. Aus VLBI-Beobachtungsdaten von sechs Jahren wurden ERP, mit zeitlicher Auflösung von 24 Stunden berechnet. Die hochauflösende GPS-basierte ERP-Serie wurde bezüglich täglicher und subtäglicher Variationen analysiert. Schwankungen in der VLBI-basierten dUT1 und in der GPS-basierten LOD-Serie wurden auf Perioden von 5 bis 32 Tagen untersucht. Die beobachteten Perioden und die dazugehörigen Amplituden wurden mit theoretischen Modellen für die Anregung durch Gezeiten verglichen, um verbleibende Fluktuationen in den ERP-Serien aufzudecken und gegebenenfalls zu interpretieren. Signifikante Signale wurden sowohl mit Perioden der Hauptgezeitenterme, als auch mit nicht gezeitenbezogenen Perioden, im langperiodischen Bereich von 5 bis 32 Tagen, gefunden. Das Auftreten der unerwarteten Variationen ist vermutlich eine Folge unzureichender Modellierung der atmosphärischen Anregung.
Abstract
Oceanic and solid Earth tides induce periodic signals in the Earth rotation parameters (ERP), i.e., the pole coordinates (xp; yp) and universal time (UT1) or length of day (LOD), respectively. The oceanic tides cause variations with diurnal and semidiurnal periods in all parameters, whereas the zonal Earth tides mainly influence the rotational speed of the Earth, and thus UT1 and LOD. These signals show periods from ~ 5 days to 18.6 years. Today, the ERP and their variations can be observed by modern space geodetic techniques with an unprecedented accuracy and temporal resolution. For the investigation of short and long period tidal effects ERP series of one year were computed from GPS observational data with hourly and 6-hours intervals. One ERP series with daily resolution was generated from six years of VLBI observations. The high-resolution GPS-based ERP series was analysed w.r.t. daily and sub-daily tidal variations. The variations in the VLBI-based dUT1 series and the GPS-based LOD series of lower temporal resolution were examined for periods from 5 to 32 days. The observed periods and corresponding amplitudes were compared to the theory of tidal excitation in order to reveal and, if possible, interpret remaining fluctuations in the ERP series. We retrieved significant signal peaks at the periods of the major tidal constituents, as well as at non-tidal periods from 5 to 32 days. The occurrence of the unexpected variations is supposed to be primarily a consequence of insufficient modelling of the atmospheric excitation.
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The instantaneous Earth rotation - still inaccessible?
Kurzfassung
Die geodätischen Weltraumtechniken, wie VLBI, GNSS und SLR, erlauben heute die Bestimmung der Orientierung einer mittleren Polachse der Erde im Raum und relativ zum Erdkörper mit einer Genauigkeit einiger Zehntel Millibogensekunden und einer zeitlichen Auflösung im Stundenbereich. Dieser offensichtliche Erfolg sollte uns aber nicht daran hindern, auch neue innovative Techniken zur Bestimmung der Erdrotation, wie z.B. Ringlaser, näher zu untersuchen. Ringlaser sind hochpräzise Instrumente, die uns speziell bei subtäglicher Auflösung erlauben, die Bewegung der festen Erdkruste relativ zur wahren Rotationsachse zu verfolgen. Es muss allerdings bemerkt werden, dass die Ringlaser große bauliche Anlagen erfordern und äußerst sensibel auf Einflüsse wie Temperaturänderung etc. reagieren. Der vorliegende Artikel beleuchtet den Zusammenhang der unterschiedlichen Erddrehachsen und diskutiert demgemäss die in Polbewegung und Nutation aufgespaltenen Bewegungen dieser Achsen im Raum und relativ zum Erdkörper. Speziell werden dann im zweiten Teil die neuen von den Ringlasern zu erwartenden Messgrößen behandelt.
Abstract
Nowadays, space geodesy, such as Very Long Baseline Interferometry (VLBI) and Global Navigation Satellite System (GNSS) and Satellite Laser Ranging (SLR), allows determining Earth orientation to a fraction of 1 milliarcsecond with daily to hourly resolution. This should not prevent us from studying other innovative and powerful technologies. A new emerging technology, called ring laser gyroscope, is a high-precision tool that provides us with extra information in the daily and sub-daily time domain. The experimental determination of the amplitudes of the forced diurnal polar motion is for example exclusively allocated to the ring laser technique. Another aspect, in which ring lasers could emphasize their supremacy, is the determination of the motion of the Earth-fixed frame w.r.t. the instantaneous Earth rotation axis. However, present ring lasers are huge constructions extremely sensitive to external effects, e.g., temperature variations. This paper illuminates the relationship between various Earth rotation axes, in the large sense, and discusses the separation between polar motion and nutation of these axes in space and w.r.t. the Earth body. The second part covers the expected benefit of ring laser observables.
Die geodätischen Weltraumtechniken, wie VLBI, GNSS und SLR, erlauben heute die Bestimmung der Orientierung einer mittleren Polachse der Erde im Raum und relativ zum Erdkörper mit einer Genauigkeit einiger Zehntel Millibogensekunden und einer zeitlichen Auflösung im Stundenbereich. Dieser offensichtliche Erfolg sollte uns aber nicht daran hindern, auch neue innovative Techniken zur Bestimmung der Erdrotation, wie z.B. Ringlaser, näher zu untersuchen. Ringlaser sind hochpräzise Instrumente, die uns speziell bei subtäglicher Auflösung erlauben, die Bewegung der festen Erdkruste relativ zur wahren Rotationsachse zu verfolgen. Es muss allerdings bemerkt werden, dass die Ringlaser große bauliche Anlagen erfordern und äußerst sensibel auf Einflüsse wie Temperaturänderung etc. reagieren. Der vorliegende Artikel beleuchtet den Zusammenhang der unterschiedlichen Erddrehachsen und diskutiert demgemäss die in Polbewegung und Nutation aufgespaltenen Bewegungen dieser Achsen im Raum und relativ zum Erdkörper. Speziell werden dann im zweiten Teil die neuen von den Ringlasern zu erwartenden Messgrößen behandelt.
Abstract
Nowadays, space geodesy, such as Very Long Baseline Interferometry (VLBI) and Global Navigation Satellite System (GNSS) and Satellite Laser Ranging (SLR), allows determining Earth orientation to a fraction of 1 milliarcsecond with daily to hourly resolution. This should not prevent us from studying other innovative and powerful technologies. A new emerging technology, called ring laser gyroscope, is a high-precision tool that provides us with extra information in the daily and sub-daily time domain. The experimental determination of the amplitudes of the forced diurnal polar motion is for example exclusively allocated to the ring laser technique. Another aspect, in which ring lasers could emphasize their supremacy, is the determination of the motion of the Earth-fixed frame w.r.t. the instantaneous Earth rotation axis. However, present ring lasers are huge constructions extremely sensitive to external effects, e.g., temperature variations. This paper illuminates the relationship between various Earth rotation axes, in the large sense, and discusses the separation between polar motion and nutation of these axes in space and w.r.t. the Earth body. The second part covers the expected benefit of ring laser observables.
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A critical assessment of the current EGNOS performance
Kurzfassung
Die Hauptmotivation für die Arbeit ist die Untersuchung der derzeitigen Verfügbarkeit, Genauigkeit und Stabilität des European Geostationary Overly Service (EGNOS) im Vergleich zu kommerziellen, lokalen DGPS-Anbietern. Im Vollausbau (full operational capability – FOC) wird EGNOS Satellitenbahn-und Uhrenkorrekturen für alle GPS Satelliten, ionosphärische Laufzeitverzögerungen und Integritätsinformationen für das GPS System aussenden. Die präsentierte Analyse basiert auf dem Vergleich zweier Trajektorien eines sich langsam bewegenden Fahrzeuges. Die Koordinatenlösungen werden gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Echtzeit Korrekturtechniken bestimmt – EGNOS und WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). Die Testfahrt wurde in unterschiedlich bebautem Stadtgebiet und auf einer Autobahn ausgeführt, wodurch die Sichtbarkeit der geostationären EGNOS Satelliten während des Tests stark variierte. Um a posteriori die in Echtzeit bestimmten Positionen kontrollieren zu können, wurden die Rohdaten der Rover Stationen und einer Referenzstation gespeichert. Ergänzend wird auch eine Evaluierung des EGNOS-Ionosphärenmodells präsentiert.
Abstract
The main purpose of this paper is to evaluate the current performance of the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) in comparison to commercial, local DGPS services. In full operational capability (FOC) EGNOS provides orbit and clock-corrections of all GPS satellites, ionospheric delays and integrity information of the GPS system. The analysis is mainly based on the comparison of the trajectories of a slowly moving vehicle obtained simultaneously by two real-time correction techniques – EGNOS and WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). The tests are carried out in urban environments with frequently varying obstructions and on a highway. Therefore the visibility of the EGNOS satellites varies during the test ride. During the trial session also raw data of the rover receivers as well as the reference station was logged. This allows to verify a posteriori the calculated real time position with respect to a reference of sub dm accuracy. Additionally an evaluation of the EGNOS ionospheric model is presented.
Die Hauptmotivation für die Arbeit ist die Untersuchung der derzeitigen Verfügbarkeit, Genauigkeit und Stabilität des European Geostationary Overly Service (EGNOS) im Vergleich zu kommerziellen, lokalen DGPS-Anbietern. Im Vollausbau (full operational capability – FOC) wird EGNOS Satellitenbahn-und Uhrenkorrekturen für alle GPS Satelliten, ionosphärische Laufzeitverzögerungen und Integritätsinformationen für das GPS System aussenden. Die präsentierte Analyse basiert auf dem Vergleich zweier Trajektorien eines sich langsam bewegenden Fahrzeuges. Die Koordinatenlösungen werden gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Echtzeit Korrekturtechniken bestimmt – EGNOS und WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). Die Testfahrt wurde in unterschiedlich bebautem Stadtgebiet und auf einer Autobahn ausgeführt, wodurch die Sichtbarkeit der geostationären EGNOS Satelliten während des Tests stark variierte. Um a posteriori die in Echtzeit bestimmten Positionen kontrollieren zu können, wurden die Rohdaten der Rover Stationen und einer Referenzstation gespeichert. Ergänzend wird auch eine Evaluierung des EGNOS-Ionosphärenmodells präsentiert.
Abstract
The main purpose of this paper is to evaluate the current performance of the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) in comparison to commercial, local DGPS services. In full operational capability (FOC) EGNOS provides orbit and clock-corrections of all GPS satellites, ionospheric delays and integrity information of the GPS system. The analysis is mainly based on the comparison of the trajectories of a slowly moving vehicle obtained simultaneously by two real-time correction techniques – EGNOS and WEP (Wienstrom Positioning Service Provider). The tests are carried out in urban environments with frequently varying obstructions and on a highway. Therefore the visibility of the EGNOS satellites varies during the test ride. During the trial session also raw data of the rover receivers as well as the reference station was logged. This allows to verify a posteriori the calculated real time position with respect to a reference of sub dm accuracy. Additionally an evaluation of the EGNOS ionospheric model is presented.
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Das neue Nutationsmodell
Kurzfassung
Ende des Jahres 2003 wurde einem internationalenForscherteam unter Leitung von Prof.Veronique Dehant (Royal Observatory Belgien) für Arbeiten zum Thema Non-rigid Earth Nutation Model der Europäische Descartes Preis verliehen. Diese Arbeiten hatten zum Ziel, das seit 1980 gültige Nutationsmodell auf Basis neuester theoretischer Studienunddem heute zurVerfügung stehenden Messmaterialum mindestens einenFaktor10zuverfeinern. Dieser Artikel soll einerseits dieVorgangsweise der Arbeitsgruppe als auch die erarbeiteten Modellverbesserungen näher beleuchten und nicht zuletzt den Nutzen einer möglichst präzisen Beschreibung der Orientierung der Erde im Raum aufzeigen. Er soll gleichzeitig zeigen, dass die Entwicklung eines neuen Nutationsmodells nicht eine rein astrogeodätische Aufgabe ist, sondern die Beschäftigung mit dem gesamten System Erde erfordert.
Abstract
End of 2003 the European Union awarded the Descartes Prize for excellent collaborative researchtoan international group of scientists chaired by Prof.Veronique Dehant (Royal Observatory Belgium) for the development of a new Nonrigid Earth Nutation Model. Goal of that work was the thorough revision of the old nutation model IAU1980 (already in use for more than two decades) based on state of the art theoretical studies and on the best currently available observation data. The anticipated goalwas the refinementof the previous modelbyafactorof10 but finally the new model outperforms the old one by a factor of 100. This article discusses step by step the activities of the working group and takes a closer look at the acquired model improvements. Also the general benefits of an accurate prediction of Earth’s orientation in space are briefly discussed. Last but not least, it has to be mentioned that the development of a new nutation theory is not a sole astro-geodetic task but needs consideration of the whole system Earth.
Ende des Jahres 2003 wurde einem internationalenForscherteam unter Leitung von Prof.Veronique Dehant (Royal Observatory Belgien) für Arbeiten zum Thema Non-rigid Earth Nutation Model der Europäische Descartes Preis verliehen. Diese Arbeiten hatten zum Ziel, das seit 1980 gültige Nutationsmodell auf Basis neuester theoretischer Studienunddem heute zurVerfügung stehenden Messmaterialum mindestens einenFaktor10zuverfeinern. Dieser Artikel soll einerseits dieVorgangsweise der Arbeitsgruppe als auch die erarbeiteten Modellverbesserungen näher beleuchten und nicht zuletzt den Nutzen einer möglichst präzisen Beschreibung der Orientierung der Erde im Raum aufzeigen. Er soll gleichzeitig zeigen, dass die Entwicklung eines neuen Nutationsmodells nicht eine rein astrogeodätische Aufgabe ist, sondern die Beschäftigung mit dem gesamten System Erde erfordert.
Abstract
End of 2003 the European Union awarded the Descartes Prize for excellent collaborative researchtoan international group of scientists chaired by Prof.Veronique Dehant (Royal Observatory Belgium) for the development of a new Nonrigid Earth Nutation Model. Goal of that work was the thorough revision of the old nutation model IAU1980 (already in use for more than two decades) based on state of the art theoretical studies and on the best currently available observation data. The anticipated goalwas the refinementof the previous modelbyafactorof10 but finally the new model outperforms the old one by a factor of 100. This article discusses step by step the activities of the working group and takes a closer look at the acquired model improvements. Also the general benefits of an accurate prediction of Earth’s orientation in space are briefly discussed. Last but not least, it has to be mentioned that the development of a new nutation theory is not a sole astro-geodetic task but needs consideration of the whole system Earth.
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GNSS-Echtzeitorbitkontrolle auf Basis Internet-transferierter (NTRIP) RTCM-Datenströme
Kurzfassung
Seit im Zuge des Booms der mobilen Telephonie der immer und überall verfügbare Internetzugang Realität wurde, ist dieses Medium auch eine alternative Methode zur Übertragung von Korrekturdaten für die relative GPSEchtzeitpositionierung geworden. Um die Möglichkeiten desWorld WideWeb optimal auszunutzen und gleichzeitig die Sicherheitsrisiken zu minimieren, wurde vom BKG (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt) NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) entwickelt. Dieses Protokoll erlaubt es, mehreren tausend Nutzern gleichzeitig nicht nur Korrekturdaten von hunderten Referenzstationen, sondern auch Rohdaten oder Satellitenephemeriden zur Verfügung zu stellen. Aktive GNSS-Referenzstationsnetzwerke bieten heute ihre RTCM-Daten bereits über NTRIP an. Diese RTCM-Daten berücksichtigen implizit (Virtual Reference Station – VRS) oder explizit (Flächenkorrekturparameter – FKP) die im Netz gewonnene Information über systematische Fehleranteile. Zur Berechnung der Netzwerklösung dienen entweder die Satelliten-Broadcastephemeriden oder heute immer öfter präzise, prädizierte Bahnen des IGS (International GPS Service). Diese Satellitenbahnen weisen zwar eine deutlich höhere Genauigkeit (+/-10 cm) als die Broadcastorbits (+/-2 m) auf, bergen aber die Gefahr von einzelnen, immer wieder vorkommenden Ausreißern. Der vorliegende Artikel beschreibt einerseits den Datentransfer via NTRIP, der sowohl aus der Sicht der Referenz- als auch aus der Sicht der Roverstation getestet wurde. Andererseits wird das Programm „RTR-Control" vorgestellt, das den Vergleich der an den Permanentstationen gemessenen und via NTRIP empfangenen Pseudostrecken ("Pseudoranges") mit theoretischen, auf Basis präziser, prädizierter Satellitenbahnen berechneten "Pseudoranges" erlaubt. Das Programm kann somit in Echtzeit sowohl fehlerhaft prädizierte Satellitenbahnen diagnostizieren als auch, durch Mehrwegeffekte verfälschte, Pseudoranges detektieren.
Abstract
Since the boom in mobile telecommunications allows Internet access for anyone anywhere at any time, this medium has also become an alternative method for transmitting correction data for relative GPS real-time positioning. In order to exploit and optimize the options offered by theWorld WideWeb, NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) was developed. NTRIP is able to provide correction data from hundreds of reference stations as well as raw data or satellite ephemerides simultaneously for several thousand users. Therefore active GNSS reference station networks started to provide their RTCM data via NTRIP. These RTCM data streams implicitly (virtual reference station) or explicitly (area correction parameters) take into account the information gained from the reference station net, regarding systematic error components. To calculate the network resolution either satellite-broadcast ephemerides or today frequently the more precise predicted IGS (International GPS Service) orbits are used. These satellite ephemerides demonstrate significantly higher accuracy (+/-10 cm) than the broadcast orbits (+/-2 m), but carry the risk of individual, recurring outliers. This paper highlights the data transfer via NTRIP in view of both, the reference station and the rover station. Furthermore, the programme "RTR-Control", established by the first author, is presented. It allows the comparison of pseudoranges measured at any permanent station and recorded via NTRIP with theoretical pseudoranges calculated on the basis of precise, predicted satellite orbits. Thus, the programme can diagnose incorrectly predicted satellite orbits as well as detect multi-path distorted pseudoranges in real-time.
Seit im Zuge des Booms der mobilen Telephonie der immer und überall verfügbare Internetzugang Realität wurde, ist dieses Medium auch eine alternative Methode zur Übertragung von Korrekturdaten für die relative GPSEchtzeitpositionierung geworden. Um die Möglichkeiten desWorld WideWeb optimal auszunutzen und gleichzeitig die Sicherheitsrisiken zu minimieren, wurde vom BKG (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt) NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) entwickelt. Dieses Protokoll erlaubt es, mehreren tausend Nutzern gleichzeitig nicht nur Korrekturdaten von hunderten Referenzstationen, sondern auch Rohdaten oder Satellitenephemeriden zur Verfügung zu stellen. Aktive GNSS-Referenzstationsnetzwerke bieten heute ihre RTCM-Daten bereits über NTRIP an. Diese RTCM-Daten berücksichtigen implizit (Virtual Reference Station – VRS) oder explizit (Flächenkorrekturparameter – FKP) die im Netz gewonnene Information über systematische Fehleranteile. Zur Berechnung der Netzwerklösung dienen entweder die Satelliten-Broadcastephemeriden oder heute immer öfter präzise, prädizierte Bahnen des IGS (International GPS Service). Diese Satellitenbahnen weisen zwar eine deutlich höhere Genauigkeit (+/-10 cm) als die Broadcastorbits (+/-2 m) auf, bergen aber die Gefahr von einzelnen, immer wieder vorkommenden Ausreißern. Der vorliegende Artikel beschreibt einerseits den Datentransfer via NTRIP, der sowohl aus der Sicht der Referenz- als auch aus der Sicht der Roverstation getestet wurde. Andererseits wird das Programm „RTR-Control" vorgestellt, das den Vergleich der an den Permanentstationen gemessenen und via NTRIP empfangenen Pseudostrecken ("Pseudoranges") mit theoretischen, auf Basis präziser, prädizierter Satellitenbahnen berechneten "Pseudoranges" erlaubt. Das Programm kann somit in Echtzeit sowohl fehlerhaft prädizierte Satellitenbahnen diagnostizieren als auch, durch Mehrwegeffekte verfälschte, Pseudoranges detektieren.
Abstract
Since the boom in mobile telecommunications allows Internet access for anyone anywhere at any time, this medium has also become an alternative method for transmitting correction data for relative GPS real-time positioning. In order to exploit and optimize the options offered by theWorld WideWeb, NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) was developed. NTRIP is able to provide correction data from hundreds of reference stations as well as raw data or satellite ephemerides simultaneously for several thousand users. Therefore active GNSS reference station networks started to provide their RTCM data via NTRIP. These RTCM data streams implicitly (virtual reference station) or explicitly (area correction parameters) take into account the information gained from the reference station net, regarding systematic error components. To calculate the network resolution either satellite-broadcast ephemerides or today frequently the more precise predicted IGS (International GPS Service) orbits are used. These satellite ephemerides demonstrate significantly higher accuracy (+/-10 cm) than the broadcast orbits (+/-2 m), but carry the risk of individual, recurring outliers. This paper highlights the data transfer via NTRIP in view of both, the reference station and the rover station. Furthermore, the programme "RTR-Control", established by the first author, is presented. It allows the comparison of pseudoranges measured at any permanent station and recorded via NTRIP with theoretical pseudoranges calculated on the basis of precise, predicted satellite orbits. Thus, the programme can diagnose incorrectly predicted satellite orbits as well as detect multi-path distorted pseudoranges in real-time.
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Results of Modelling GPS Satellite Clocks
Kurzfassung
Für die Positionsbestimmung und Zeitübertragungsaufgaben mittels GPS benötigt der Nutzer Informationen über die Satellitenbahnen und -uhren. Die Analysis Centers (ACs) des IGS (International GPS Service) stellen die Bahnkoordinaten sowie die Abweichungen der GPS Satellitenuhren zu GPS-Zeit im sp3-Format zur Verfügung. Diese Files sind jeweils am folgenden Tag über einen freien ftp-Server erhältlich. Die Bahnen- und Uhren-Offsets sind das Ergebnis einer Parameterschätzung (vermittelnder Ausgleich nach der Methode der kleinsten Quadrate) auf Basis der Beobachtungsdaten des IGS-Stationsnetzes. Für Echtzeit- oder beinahe Echtzeit-Anwendungen ist es notwendig, die Satellitenbahnen und -uhren für einen begrenzten Zeitraum vorauszuberechen. Die ACs verwenden für diese Prädiktion der Uhren verschiedene mathematische Modelle, die sich sowohl im Grad des Basispolynoms als auch im Umfang der verwendeten Eingangsdaten beträchtlich unterscheiden. In einem ersten Schritt beurteilen wir mittels einer groben Abschätzung die Qualität dieser Uhren-Offsets. Als Vergleichsdaten werden die Rapid Lösungen des IGS verwendet. Später wird versucht, ein eigenes verbessertes Modell für die Uhren-Prädiktion zu entwickeln. Nach der Bestimmung der Parameter eines Basispolynoms 2. Grades und gegebenenfalls einer additiven Sinusschwingung gelingt es schließlich, die GPS Satellitenuhren für 12 Stunden mit einer Genauigkeit von besser als ±2 ns vorherzusagen, was einem radialen Distanzfehler von ca. 50 cm entspricht.
Abstract
The IGS (International GPS Service) Analysis Centers (ACs) provide GPS satellite clock offsets to GPS-Time (GPST) in the form of standard ephemeris in sp3-format or clock-RINEX files on a daily basis. These clock offsets, used mainly in GPS post-processing software along with consistent precise satellite ephemeris, are output to a least squares estimation process based on tracking data of the global IGS network. Besides, to serve real-time applications, ACs have to forecast orbits and clock behaviour over a limited time span. The clock prediction models in use differ considerable both in terms of degree of the underlying polynomial as well as in the amount of observation data which enters a priori to fit the polynomial coefficients. First, we investigate the quality of the submitted clock offsets with respect to (w.r.t.) the observed combined IGS Rapid solution. Second, based on the satellites’ clock-type specific behaviour, we try to set up a new model and to explore the stability and expected prediction errors of our approach.
Für die Positionsbestimmung und Zeitübertragungsaufgaben mittels GPS benötigt der Nutzer Informationen über die Satellitenbahnen und -uhren. Die Analysis Centers (ACs) des IGS (International GPS Service) stellen die Bahnkoordinaten sowie die Abweichungen der GPS Satellitenuhren zu GPS-Zeit im sp3-Format zur Verfügung. Diese Files sind jeweils am folgenden Tag über einen freien ftp-Server erhältlich. Die Bahnen- und Uhren-Offsets sind das Ergebnis einer Parameterschätzung (vermittelnder Ausgleich nach der Methode der kleinsten Quadrate) auf Basis der Beobachtungsdaten des IGS-Stationsnetzes. Für Echtzeit- oder beinahe Echtzeit-Anwendungen ist es notwendig, die Satellitenbahnen und -uhren für einen begrenzten Zeitraum vorauszuberechen. Die ACs verwenden für diese Prädiktion der Uhren verschiedene mathematische Modelle, die sich sowohl im Grad des Basispolynoms als auch im Umfang der verwendeten Eingangsdaten beträchtlich unterscheiden. In einem ersten Schritt beurteilen wir mittels einer groben Abschätzung die Qualität dieser Uhren-Offsets. Als Vergleichsdaten werden die Rapid Lösungen des IGS verwendet. Später wird versucht, ein eigenes verbessertes Modell für die Uhren-Prädiktion zu entwickeln. Nach der Bestimmung der Parameter eines Basispolynoms 2. Grades und gegebenenfalls einer additiven Sinusschwingung gelingt es schließlich, die GPS Satellitenuhren für 12 Stunden mit einer Genauigkeit von besser als ±2 ns vorherzusagen, was einem radialen Distanzfehler von ca. 50 cm entspricht.
Abstract
The IGS (International GPS Service) Analysis Centers (ACs) provide GPS satellite clock offsets to GPS-Time (GPST) in the form of standard ephemeris in sp3-format or clock-RINEX files on a daily basis. These clock offsets, used mainly in GPS post-processing software along with consistent precise satellite ephemeris, are output to a least squares estimation process based on tracking data of the global IGS network. Besides, to serve real-time applications, ACs have to forecast orbits and clock behaviour over a limited time span. The clock prediction models in use differ considerable both in terms of degree of the underlying polynomial as well as in the amount of observation data which enters a priori to fit the polynomial coefficients. First, we investigate the quality of the submitted clock offsets with respect to (w.r.t.) the observed combined IGS Rapid solution. Second, based on the satellites’ clock-type specific behaviour, we try to set up a new model and to explore the stability and expected prediction errors of our approach.
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VGI_200306_Broederbauer.pdf
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Estimation of the Tropospheric Delay from GNSS Data over the Austrian Territory
Kurzfassung
In den vergangenen Jahren wurde in Österreich durch verschiedene Betreiber ein dichtes GPS-Permanentnetz mit einem Punktabstand zwischen 50 km und 120 km aufgebaut. Bisher war die Nutzung der Messdaten der GPS-Referenzstationen auf die geodätische Positionierung und diverse Navigationsaufgaben beschränkt. Die Brechung der GPS-Signale in der Troposphäre und der Ionosphäre wird dabei in der Datenauswertung üblicherweise als Störgröße behandelt und durch geeignete Algorithmen eliminiert oder zumindest reduziert. Der gesamte Feuchtegehalt der Atmosphäre ist in den untersten Troposphärenschichten (bis zu einer Höhe von 10 km) in Form von Wasserdampf gespeichert. Die Verteilung des Wasserdampfes ist wesentlich für das Wettergeschehen verantwortlich und somit auch für Wettervorhersagen von großer Bedeutung. Seit wenigen Jahren versucht man deshalb das GPS-Positionierungsverfahren zu invertieren und das hohe Genauigkeitspotential der Messgrößen zur Beobachtung der Atmosphäre heranzuziehen. Man nutzt die Kenntnis der Stationskoordinaten und der GPS-Bahndaten um die troposphärische Verzögerung zu berechnen. Weiters erlauben genaue Messungen von Druck und Temperatur an der Bodenstation den hydrostatischen Anteil vom Feuchtanteil zu trennen, woraus der IWV (Integrated Water Vapour) berechnet werden kann. Als Integral über den gesamten Messstrahl liefert das Verfahren keine vertikale Auflösung der IWV Werte, was als Nachteil gegenüber den üblichen Ballonsondenmessungen gelten mag. Demgegenüber stehen aber sowohl die hohe zeitliche (30 min bzw. 1 Stunde) als auch räumliche Auflösung (horizontal alle 50 km) der Schätzwerte. Unser Ziel ist es, aus den kontinuierlichen Messungen des österreichischen GPS-Permanentnetzes, welches zur Zeit aus beinahe 30 Stationen besteht, möglichst rasch nach Datenaufnahme meteorologische Parameter für numerische Wettervorhersagen abzuleiten. Dies verlangt einen schnellen Datenfluss, präzise Satellitenbahnen in beinahe Echtzeit (Internationales GPS Service - IGS) und eine Automatisierung der GPS-Auswertung mit Hilfe der Berner Software. In dieser Arbeit werden für zwei Monate (Februar und März 2002) ZPDs (Zenith Path Delays) berechnet und sowohl mit Abgaben des IGS, als auch mit Ergebnissen von Auswertezentren, die im Rahmen des COST-716 Projekts „Exploitation of Ground Based GPS for Climate and NWP" entstanden [2], verglichen. Da Meteorologen die Ergebnisse innerhalb von zwei Stunden benötigen, befassen wir uns mit der Verfügbarkeit, der Zuverlässigkeit und speziell mit der Genauigkeit der präzisen Satellitenbahnen. Es werden die Ergebnisse basierend auf den präzisen IGS ‚Final Orbits’ den mit Hilfe von prädizierten ‚Ultra-Rapid’ Bahnen (IGU) gewonnenen Resultaten gegenübergestellt. In verschiedenen Testszenarien werden in den IGU Bahnen gänzlich fehlende Satelliten oder Satelliten mit schlechter Bahnqualität durch die Broadcast-Information ersetzt.
Abstract
GPS has become an important tool both in navigation and in precise point positioning. One of the nuicance parameters limiting the accuracy of point determination is the water vapor content of the troposphere. On the other hand meteorologists are interested in the wet component of the troposphere as a valuable tool for Numerical Weather Prediction. Therefore GPS offers a low cost monitoring of water vapor with high temporal resolution. We make use of continuous measurements of the GPS/GLONASS reference station network in Austria, which currently consists of about 30 sites with distances ranging from 50 km to 120 km. We calculate the zenith wet delays for a period of 2 months (February and March 2002). Subsequently the results are compared to contributions of different processing centers of the COST-716 project Exploitation of Ground Based GPS for Climate and NWP [2] and with zenith path delay estimates provided by the IGS. As meteorologists need the water vapor within less than two hours, special attention is paid to the availability, reliability and especially to the quality of the satellite orbits used for the network calculations. For this reason we try to use rapid ephemeris instead of the IGS final orbits, whereby we perform a quality control of the rapid orbits. If one or more satellites show poor quality or if one satellite is missing at all we include the broadcast ephemeris information instead.
In den vergangenen Jahren wurde in Österreich durch verschiedene Betreiber ein dichtes GPS-Permanentnetz mit einem Punktabstand zwischen 50 km und 120 km aufgebaut. Bisher war die Nutzung der Messdaten der GPS-Referenzstationen auf die geodätische Positionierung und diverse Navigationsaufgaben beschränkt. Die Brechung der GPS-Signale in der Troposphäre und der Ionosphäre wird dabei in der Datenauswertung üblicherweise als Störgröße behandelt und durch geeignete Algorithmen eliminiert oder zumindest reduziert. Der gesamte Feuchtegehalt der Atmosphäre ist in den untersten Troposphärenschichten (bis zu einer Höhe von 10 km) in Form von Wasserdampf gespeichert. Die Verteilung des Wasserdampfes ist wesentlich für das Wettergeschehen verantwortlich und somit auch für Wettervorhersagen von großer Bedeutung. Seit wenigen Jahren versucht man deshalb das GPS-Positionierungsverfahren zu invertieren und das hohe Genauigkeitspotential der Messgrößen zur Beobachtung der Atmosphäre heranzuziehen. Man nutzt die Kenntnis der Stationskoordinaten und der GPS-Bahndaten um die troposphärische Verzögerung zu berechnen. Weiters erlauben genaue Messungen von Druck und Temperatur an der Bodenstation den hydrostatischen Anteil vom Feuchtanteil zu trennen, woraus der IWV (Integrated Water Vapour) berechnet werden kann. Als Integral über den gesamten Messstrahl liefert das Verfahren keine vertikale Auflösung der IWV Werte, was als Nachteil gegenüber den üblichen Ballonsondenmessungen gelten mag. Demgegenüber stehen aber sowohl die hohe zeitliche (30 min bzw. 1 Stunde) als auch räumliche Auflösung (horizontal alle 50 km) der Schätzwerte. Unser Ziel ist es, aus den kontinuierlichen Messungen des österreichischen GPS-Permanentnetzes, welches zur Zeit aus beinahe 30 Stationen besteht, möglichst rasch nach Datenaufnahme meteorologische Parameter für numerische Wettervorhersagen abzuleiten. Dies verlangt einen schnellen Datenfluss, präzise Satellitenbahnen in beinahe Echtzeit (Internationales GPS Service - IGS) und eine Automatisierung der GPS-Auswertung mit Hilfe der Berner Software. In dieser Arbeit werden für zwei Monate (Februar und März 2002) ZPDs (Zenith Path Delays) berechnet und sowohl mit Abgaben des IGS, als auch mit Ergebnissen von Auswertezentren, die im Rahmen des COST-716 Projekts „Exploitation of Ground Based GPS for Climate and NWP" entstanden [2], verglichen. Da Meteorologen die Ergebnisse innerhalb von zwei Stunden benötigen, befassen wir uns mit der Verfügbarkeit, der Zuverlässigkeit und speziell mit der Genauigkeit der präzisen Satellitenbahnen. Es werden die Ergebnisse basierend auf den präzisen IGS ‚Final Orbits’ den mit Hilfe von prädizierten ‚Ultra-Rapid’ Bahnen (IGU) gewonnenen Resultaten gegenübergestellt. In verschiedenen Testszenarien werden in den IGU Bahnen gänzlich fehlende Satelliten oder Satelliten mit schlechter Bahnqualität durch die Broadcast-Information ersetzt.
Abstract
GPS has become an important tool both in navigation and in precise point positioning. One of the nuicance parameters limiting the accuracy of point determination is the water vapor content of the troposphere. On the other hand meteorologists are interested in the wet component of the troposphere as a valuable tool for Numerical Weather Prediction. Therefore GPS offers a low cost monitoring of water vapor with high temporal resolution. We make use of continuous measurements of the GPS/GLONASS reference station network in Austria, which currently consists of about 30 sites with distances ranging from 50 km to 120 km. We calculate the zenith wet delays for a period of 2 months (February and March 2002). Subsequently the results are compared to contributions of different processing centers of the COST-716 project Exploitation of Ground Based GPS for Climate and NWP [2] and with zenith path delay estimates provided by the IGS. As meteorologists need the water vapor within less than two hours, special attention is paid to the availability, reliability and especially to the quality of the satellite orbits used for the network calculations. For this reason we try to use rapid ephemeris instead of the IGS final orbits, whereby we perform a quality control of the rapid orbits. If one or more satellites show poor quality or if one satellite is missing at all we include the broadcast ephemeris information instead.
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Realisierung moderner 3-D Referenzsysteme für Wissenschaft und Praxis
Kurzfassung
Seit dem Einzug moderner Satellitenmessverfahren wie GPS oder GLONASS in weite Bereiche von Navigation und Vermessung war es erforderlich, 3-D Referenzsysteme hierarchisch abgestuft zu definieren und zu realisieren. Gleichzeitig mit der Definition des weltweiten ITRS wurde auch das ETRS definiert, welches für den europäischen Kontinent gültig ist. Realisierungen dieser beiden 3-D Systeme liegen seit 1989 bzw. seit 1990 vor. In den 90-er Jahren wurden durch zahlreiche nationale EUREF-Kampagnen, hochgenaue 3-D Netze mit Punktabständen von 50 – 300 km geschaffen. Derzeit findet der Übergang auf permanent arbeitende GPS-Referenzstationen statt, die künftig als 3-D Koordinatenrahmen zur Anbindung geodätischer Messungen dienen sollen. Die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Referenzsystemen und deren Realisierungen ist nicht nur für wissenschaftliche Arbeiten wichtig, sondern in einem immer enger zusammenwachsenden Europa auch für viele technischen Arbeiten von Bedeutung.
Abstract
The advent of modern satellite measuring techniques for navigation and surveying purposes has made it necessary to define and realize 3-D reference systems. Almost at the same time two different systems – a global one called ITRS and ETRS, which is only valid on the European continent were defined. For ITRS a first realisation has been available since 1989 and for ETRS since 1990. During the nineties of the last century, numerous national densification measurements were carried out by the help of GPS. These so-called EUREF-campaigns provided the bases for precise 3-D networks with point distances between 50 and 300 km. At the moment there is a tremendous growth of active GPS-reference stations in Europe, which will serve as basis for the reference frame. Consequently detailed knowledge of the correlation between the different reference systems and their realisations is gaining in importance - not only for scientific but also for technical purposes, especially in the light of a united Europe.
Seit dem Einzug moderner Satellitenmessverfahren wie GPS oder GLONASS in weite Bereiche von Navigation und Vermessung war es erforderlich, 3-D Referenzsysteme hierarchisch abgestuft zu definieren und zu realisieren. Gleichzeitig mit der Definition des weltweiten ITRS wurde auch das ETRS definiert, welches für den europäischen Kontinent gültig ist. Realisierungen dieser beiden 3-D Systeme liegen seit 1989 bzw. seit 1990 vor. In den 90-er Jahren wurden durch zahlreiche nationale EUREF-Kampagnen, hochgenaue 3-D Netze mit Punktabständen von 50 – 300 km geschaffen. Derzeit findet der Übergang auf permanent arbeitende GPS-Referenzstationen statt, die künftig als 3-D Koordinatenrahmen zur Anbindung geodätischer Messungen dienen sollen. Die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Referenzsystemen und deren Realisierungen ist nicht nur für wissenschaftliche Arbeiten wichtig, sondern in einem immer enger zusammenwachsenden Europa auch für viele technischen Arbeiten von Bedeutung.
Abstract
The advent of modern satellite measuring techniques for navigation and surveying purposes has made it necessary to define and realize 3-D reference systems. Almost at the same time two different systems – a global one called ITRS and ETRS, which is only valid on the European continent were defined. For ITRS a first realisation has been available since 1989 and for ETRS since 1990. During the nineties of the last century, numerous national densification measurements were carried out by the help of GPS. These so-called EUREF-campaigns provided the bases for precise 3-D networks with point distances between 50 and 300 km. At the moment there is a tremendous growth of active GPS-reference stations in Europe, which will serve as basis for the reference frame. Consequently detailed knowledge of the correlation between the different reference systems and their realisations is gaining in importance - not only for scientific but also for technical purposes, especially in the light of a united Europe.
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Konzept der hierarchischen Netzstruktur für AREF
Kurzfassung
Dem weltweiten Bestreben zur Anlage homogener Landesnetze mit Hilfe der Satellitenmeßtechnik hat sich auch Österreich seit dem Beginn dieses Jahrzehnts angeschlossen. Der aktuelle Stand der Technik erlaubt es, die verfügbaren Basisnetze mit Hilfe von GPS bis zu einem Punktabstand von unter 20 km ohne Genauigkeitsverlust zu verdichten. Die vorliegende Arbeit erläutert ein möglichst optimales Konzept zur Anlage dieser Verdichtungsmessungen und zu ihrer Einbindung in ein internationales GPS Referenzsystem.
Abstract
The establishment of homogeneous reference-networks using modern satellite tracking systems was launched globally early this decade. Austria has been able to partizipate in these efforts quite successfully. Latest developments in technology allow for the densification of these networks down to a mean point separation below 20km using GPS without any loss of accuracy. This paper discusses the optimal design of a hierarchial network, its tie to the international reference frame and the densification measurements.
Dem weltweiten Bestreben zur Anlage homogener Landesnetze mit Hilfe der Satellitenmeßtechnik hat sich auch Österreich seit dem Beginn dieses Jahrzehnts angeschlossen. Der aktuelle Stand der Technik erlaubt es, die verfügbaren Basisnetze mit Hilfe von GPS bis zu einem Punktabstand von unter 20 km ohne Genauigkeitsverlust zu verdichten. Die vorliegende Arbeit erläutert ein möglichst optimales Konzept zur Anlage dieser Verdichtungsmessungen und zu ihrer Einbindung in ein internationales GPS Referenzsystem.
Abstract
The establishment of homogeneous reference-networks using modern satellite tracking systems was launched globally early this decade. Austria has been able to partizipate in these efforts quite successfully. Latest developments in technology allow for the densification of these networks down to a mean point separation below 20km using GPS without any loss of accuracy. This paper discusses the optimal design of a hierarchial network, its tie to the international reference frame and the densification measurements.
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Das GPS-Grundnetz AREF-1. Auswertestrategie, Modellbildung und Kombination
Kurzfassung
Im Juni 1996 wurde von der GPS-Netz Ziviltechniker GmbH. (ZT), einem Zusammenschluß von 116 österreichischen Ingenieurkonsulenten für Vermessungswesen, ein landesweites Referenznetz mit einem mittleren Punktabstand von knapp 25 km mittels GPS eingemessen (AREF = Austrian Reference Frame). Die Meßdauer von nur 10 Tagen bei einer Sessionslänge von jeweils 24 Stunden war angesichts der Anzahl von ca. 330 Meßpunkten erstaunlich kurz und dokumentiert sowohl die Einsatzbereitschaft der Beteiligten als auch die gute Logistik bei der Durchführung der Feldarbeiten. Mit der Auswertung der Meßdaten wurden die Abteilung für Theoretische Geodäsie der TU-Wien (ITGG) und die Abteilung Satellitengeodäsie des Instituts für Weltraumforschung (IWFSG) beauftragt. Der vorliegende Artikel beschreibt einen Teil der im Zuge des Projekts am ITGG geleisteten Arbeiten, faßt die Resultate zusammen und endet mit einem Blick auf den praktischen Nutzen, der aus diesem Netzwerk in Zukunft gezogen werden kann.
Abstract
In June 1996 the GPS-Netz Ziviltechniker GmbH. (ZT), an alliance of 116 Austrian engineering consultants, carried out a nationwide survey in order to establish a GPS-network with a mean point to point distance of about 25 km (AREF = Austrian Reference Frame). Despite the large number of about 330 network points to be occupied in 24 hours sessions, the campaign covers a period of only 10 days. This remarkable short duration demonstrates the willingness of the people involved and proves the carefully planned logistics behind the execution of the field work. The department of Theoretical Geodesy (University of Technology Vienna, ITGG) and the Department of Satellite Geodesy (Institute for Space Research, IWFSG) were appointed to serve as analysis centers. This article describes the AREF-related activities carried out at ITGG, summarizes the results and concludes with some remarks concerning the practical use of a network like AREF-1.
Im Juni 1996 wurde von der GPS-Netz Ziviltechniker GmbH. (ZT), einem Zusammenschluß von 116 österreichischen Ingenieurkonsulenten für Vermessungswesen, ein landesweites Referenznetz mit einem mittleren Punktabstand von knapp 25 km mittels GPS eingemessen (AREF = Austrian Reference Frame). Die Meßdauer von nur 10 Tagen bei einer Sessionslänge von jeweils 24 Stunden war angesichts der Anzahl von ca. 330 Meßpunkten erstaunlich kurz und dokumentiert sowohl die Einsatzbereitschaft der Beteiligten als auch die gute Logistik bei der Durchführung der Feldarbeiten. Mit der Auswertung der Meßdaten wurden die Abteilung für Theoretische Geodäsie der TU-Wien (ITGG) und die Abteilung Satellitengeodäsie des Instituts für Weltraumforschung (IWFSG) beauftragt. Der vorliegende Artikel beschreibt einen Teil der im Zuge des Projekts am ITGG geleisteten Arbeiten, faßt die Resultate zusammen und endet mit einem Blick auf den praktischen Nutzen, der aus diesem Netzwerk in Zukunft gezogen werden kann.
Abstract
In June 1996 the GPS-Netz Ziviltechniker GmbH. (ZT), an alliance of 116 Austrian engineering consultants, carried out a nationwide survey in order to establish a GPS-network with a mean point to point distance of about 25 km (AREF = Austrian Reference Frame). Despite the large number of about 330 network points to be occupied in 24 hours sessions, the campaign covers a period of only 10 days. This remarkable short duration demonstrates the willingness of the people involved and proves the carefully planned logistics behind the execution of the field work. The department of Theoretical Geodesy (University of Technology Vienna, ITGG) and the Department of Satellite Geodesy (Institute for Space Research, IWFSG) were appointed to serve as analysis centers. This article describes the AREF-related activities carried out at ITGG, summarizes the results and concludes with some remarks concerning the practical use of a network like AREF-1.
Keywords/Schlüsselwörter
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Monitoring Earth Orientation Variations at the Center for Orbit Determination in Europe (CODE)
Kurzfassung
Nicht verfügbar
Abstract
Nicht verfügbar
Nicht verfügbar
Abstract
Nicht verfügbar
Keywords/Schlüsselwörter
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GPS-relevante Koordinatensysteme und deren Bezug zum Österreichischen Festpunktfeld
Kurzfassung
Nicht verfügbar
Abstract
Nicht verfügbar
Nicht verfügbar
Abstract
Nicht verfügbar
Keywords/Schlüsselwörter
keine
keine
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