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Ausgewähle Aspekte der geodätischen Nutzung des
europäischen Satelliten -navigationssystems Galileo
FGS Workshop 2013 • Forschungsgruppe Satellitengeodäs ie (FGS) • 24.–25. April 2013 • Bad Kötzting
navigationssystems Galileo
Torben Schüler
Geodätisches Observatorium WettzellBundesamt für Kartographie und Geodäsie
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Ausgewähle Aspekte „Galileo“Inhaltliche Gliederung des Vortrags
� Mehrfrequenz-Verfahren: Nutzung durch System-Kombinationam Beispiel der Interoperabilität von GPS und Galileo� Übersicht: GPS L1+L5 und Galileo E1+E5a� Ergebnisse für ein simuliertes SAPOS-Subnetz
FGS Workshop 2013 • Forschungsgruppe Satellitengeodäs ie (FGS) • 24.–25. April 2013 • Bad Kötzting
� Einfrequenz-Verfahren: Nutzung von „Alleinstellungsmerkmalen“ des Galileo-Systems� Übersicht: Galileo E5 AltBOC-Signal� Stark reduzierte Mehrwege-Effekte� Ergebnisse
� Zusammenfassung, Ausblick
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Übersicht: Galileo Signalspektrum
E5aE5a E1E1
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Interoperabilität mit GPS L1L1L5L5
GPS L2 (L2C): kein Signalpendant bei Galileo auf identischer Zentralfrequenz
Weiterhin verfügbare Galileo-Signale für die Mehrfrequenz-Positionierung:
Galileo E5b, E5 Breitbandsignal (frei) sowie E6 (kommerzieller Dienst)
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Kombinierte GPS+Galileo Positionierungin „aktiven“ Referenznetzwerken
� Untersuchung der schnellen
präzisen Positionierung in
Teilnetzen von SAPOS
� Mehrdeutigkeitsfixierung nach
spätestens 45 sec (Geometrie-
basierter Ansatz)
� Atmosphärenfehler können
Wahrscheinlichkeit der korrekten
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Wahrscheinlichkeit der korrekten
Fixierung reduzieren.
� Was ändert sich bei der
Kombination von GPS
und Galileo?
� Weniger Referenz-
stationen bei gleicher
Leistung?
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Ergebnisse am Beispiel der schnellenFixierung von Mehrdeutigkeiten
Netz - Basislinienlänge 193 km Szenario M VI
51,5
78,4
90,0 89,592,7
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
(starke Ionosphärenfehler)
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41,2
20,2
38,6
51,5
8,8
39,7
9,612,0
0,8
9,2
1,0
9,5
0,0
7,3
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Korrekt f ixiert Falsch f ixiert Nicht f ixiert
%
GPS L1+ L2 GPS L1+ L2+ L5
GPS L1+ L5 und GALILEO E1+ E5a GPS L1+ L2+ L5 und GALILEO E1+ E5a+ E5b
GPS L1+ L2+ L5 und GALILEO E1+ E5a+ E5b+ E5ab GPS L1+ L2+ L5 und GALILEO E1+ E5a+ E5b+ E5ab+ E6
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Ausgewähle Aspekte „Galileo“Inhaltliche Gliederung des Vortrags
� Mehrfrequenz-Verfahren: Nutzung durch System-Kombinationam Beispiel der Interoperabilität von GPS und Galileo� Übersicht: GPS L1+L5 und Galileo E1+E5a� Ergebnisse für ein simuliertes SAPOS-Subnetz
FGS Workshop 2013 • Forschungsgruppe Satellitengeodäs ie (FGS) • 24.–25. April 2013 • Bad Kötzting
� Einfrequenz-Verfahren: Nutzung von „Alleinstellungsmerkmalen“ des Galileo-Systems� Übersicht: Galileo E5 AltBOC-Signal� Stark reduzierte Mehrwege-Effekte� Ergebnisse
� Zusammenfassung, Ausblick
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Galileo E5 Breitband-Signalund BeiDou (Phase 3) B2 Signal
Galileo-Satellit - Phase FOC-1/IOC
Galileo wird neben den E1 und E6Signalen das E5 Breitbandsignal ab-strahlen; E5a und E5b sind sog.Unterträger („sub-carriers“) von E5.
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Beidou (China), Phase III
China wird das E5 Signalder Europäer für seine BeiDou MEO-Konstellationkopieren (dort B2 genannt).Warum?
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Galileo E5 AltBOC SignalSignalspektrum und Mehrwege-Fehler
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� E5 AltBOC wird mitmehr als 90 MHzBandbreite abgestrahlt
� Mehrweg-Mitigation ist eine Funktion der Bandbreite und Modulation: E5 weist minimale Fehler im Vergleich zu allen anderen GNSS Signalen auf!
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Datenverarbeitungsprinzip fürGalileo E5-Einfrequenz-Empfänger
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Additive Linearkombination von Kode-Streckenmessungen und Trägerphasen führtzur Elimination des Ionosphärenfehlers; Mehrdeutigkeitsterm ist zu lösen.
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Ionosphärenmonitoring mit realen Einzelfrequenzmessungen
Galileo E1, GIOVE B Galileo E5 AltBOC, GIOVE B
SATELLITE SIGNAL STD.ABWEICHUNG–––––––––––––––––––––––––––––––––––GPS PRN4 L1 0.37 TECU
GIOVE-B E1 0.33 TECUE5a 0.26 TECUE5 0.13 TECU
–––––––––––––––––––––––––––––––––––
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DemonstrationsbeispielErdbeben Japan – März 2011
Demonstration mit Hilfe von GNSS-Daten, die während des großen Japan-Erdbebens (Magnitude 9, Märch 2011) aufge-zeichnet durch. IGS Station bewusst USUD gewählt, weil diese Station “nur” um ca. 20 cm
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ca. 20 cm währenddes Erd-bebensversetztwurde.
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Erdbeben Japan – März 2011GPS L1+L2 Trägerphasenlösung
Ionosphären-freie Träger-phasenlösung
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23 cm
phasenlösungmit echten GPSDaten.
Ca. 23 cmVerschiebung am Ende des Tages.
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Erdbeben Japan – März 2011Galileo E5 Kode-/Trägerphasenlösung
Galileo E5Lösung unter Annahme einer
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Annahme einer vollen FOC-2 Konstellation (Walker, 27/3/1).
Verschiebung ist eindeutig ermittelbar.
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Erdbeben Japan – März 2011GPS L1 Kode-/Trägerphasenlösung
GPS Einzel-Frequenz-Lösung unter Nutzung realer
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Nutzung realer GPS L1 Daten.
Beide Punkt-wolken über-lappen sichstark, keine signifikante Positionsänderung erkennbar.
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Zusammenfassungund Ausblick
� Kode-Strecke könnte im Falle des E5 Breitbandsignals erstmals eine „geodätisch vollwertige“ Observable werden.
� Genauigkeiten (Streckenmessung) maßgeblich von der Mehrwege-Umgebung abhängig; gemäß Kanalmodell sind typischer Weise zwischen 4 und 30 cm zu erwarten.
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typischer Weise zwischen 4 und 30 cm zu erwarten.� Interessant für bestimmte Nischenanwendungen.� Gegenwärtig nur wirtschaftlich in höherwertigen Galileo-
Empfängern implementierbar:� Zusätzlicher Aufwand bei der Hardware in der Größenordnung
von 100 EUR.
� Somit scheidet der Massenmarkt im Wesentlichen aus.