Kalibrierung von GNSS-Antennen

Das wirksame elektrische Phasenzentrum einer GNSS-Antenne fällt nicht exakt mit seinem mechanischen Zentrum zusammen. Zusätzlich ist die Empfangscharakteristik der Antennen nicht punktförmig, sondern eine Funktion des Einfallswinkels des Satellitensignals, also des Azimuts und der Elevation des sendenden Satelliten. Weiterhin ist die Empfangscharakteristik frequenzabhängig und reagiert auch sehr empfindlich auf alle baulichen Veränderungen an der Antenne oder in direkter Antennenumgebung (z.B. Veränderungen an der Grundplatte, Antennenabdeckung etc.). Die Differenzen zum punktförmigen mechanischen Zentrum liegen je nach Antenne in den Größenordnungen 1 Millimeter - 1 Zentimeter. Die Empfangseigenschaften einer Antenne können durch Kalibrierung bestimmt werden. Man unterscheidet zwei Typen von Korrekturwerten: Phasenzentrumsoffsets (PZO) und Phasenzentrumsvariationen (PZV), die voneinander nicht unabhängig sind und somit nur gemeinsam verwendet werden dürfen. Bei einigen Antennentypen und für viele Anwendungen reichen baugruppenspezifische Kalibrierwerte aus. Bei manchen Antennentypen kommen aber neben herstellungsbedingten Schwankungen des Phasenzentrums auch z.T. grobe Produktionsfehler vor. Aus diesem Grunde muss jede geodätisch genutzte Antenne kalibriert werden. Spätere Veränderungen des Phasenzentrums sind - außer bei starker mechanischer Einwirkung auf die Antenne - nur selten nachgewiesen worden, so dass im allgemeinen die einmalige Kalibrierung ausreicht. Wa2Ant dient der Auswertung von Kalibrierbeobachtungen im relativen Feldverfahren. Dabei wird die zu kalibrierende Antenne entweder für eine Beobachtungsdauer von 12 bis zu 24 Stunden automatisch gedreht (siehe Drehvorrichtung DRB des Geodätischen Instituts der TU Dresden), so dass mehrere Orientierungen pro Minute vorliegen, oder es erfolgt die Drehung mit der Hand, die mehrere Beobachtungssessionen von je 24 Stunden Dauer notwendig macht. Für die Auswertung wird vorausgesetzt, dass absolute Antennenkorrektionen für die Referenzantenne vorliegen. Als Kalibrierergebnis ergeben sich dann absolute Korrektionen in der Form von Phasenzentrumsoffsets (PZO) und azimut- und elevationsabhängigen Phasenzentrumsvariationen (PZV) für - je nach eingesetzter Antenne, Empfänger und Referenz - alle GPS-, GLONASS-, Galileo- und BeiDou-Frequenzen. Das folgende Beispiel zeigt die Ergebnisse einer mit Drehvorrichtung kalibrierten GNSS-Antenne für 10 unterschiedliche Frequenzen:

Mit Wa2Ant bzw. mit einem der Vorgängerprogrammen Wa1/Kalib und WaSoft/Kalib wurden in den letzten Jahren die Kalibrierungen von einigen 100 GNSS-Antennen ausgewertet.

WaSoft.de, 2023