Kipka, Adrian (2006)
Großräumige GPS/INS Vermessung mittels virtueller Referenzstationen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Entwicklung eines hybriden Meßsystems zur großräumigen und schnellen Vermessung von Autobahnen. Dabei wird den besonderen Anforderungen, welche hierbei auftreten, Rechnung getragen. Das entwickelte System ist hinsichtlich Genauigkeit und Verfügbarkeit der Trajektorienbestimmung sowie Kosteneffizienz, welche durch Einsatz von modernen GPS Empfängern sowie der Entwicklung neuer Module für die schnelle und zuverlässige Auflösung der Ambiguitäten erreicht wird, optimiert. Die Entwicklung des Systems beinhaltet ebenfalls die Aktualisierung der benutzten Hardware. Dazu gehören die Schnittstellenkarte zur Kommunikation zwischen INS und Computer sowie die benutzten GPS Empfänger, welche durch moderne Geräte ersetzt werden. Die durch die Modernisierung der Hardware notwendige Analyse der Software-Module ergibt, daß die vorhandene Software-Architektur keine in vertretbarem Aufwand durchzuführenden Veränderungen möglich macht und führt zu einer kompletten Neuimplementierung der INS und GPS Module. Dabei wird besonderes Augenmerk auf eine streng strukturierte und objektorientiere Implementierung der Module geachtet, die eine rasche Anpassung an sich ändernde Gegebenheiten, wie neue oder zusätzliche Sensoren, erlaubt. Zentraler Teil der Arbeit ist die Entwicklung eines modernen GPS Prozessors, welcher die Ambiguitäten schnell und zuverlässig auflöst. Als Basis der Ambiguitätenauflösung dient der LAMBDA-Algorithmus, welcher für die in dieser Arbeit im Fokus stehende kinematische Anwendung von GPS und INS modifiziert wird. Dies bedingt im speziellen Modifikationen am Originalansatz bezüglich der Anzahl der zu testenden Ambiguitäten sowie deren Validierung. Die im kinematischen Ansatz i.d.R. großen Suchräume und daraus folgend die erhebliche Anzahl der Mehrdeutigkeiten, erschweren hierbei die Fixierung der korrekten Ambiguitäten. Aus diesem Grund werden die gefunden Mehrdeutigkeiten mittels verschiedener, strenger Validierungsverfahren getestet. Typischerweise wird der Einsatzradius der kinematischen GPS Prozessierung auf kurze Basislinien beschränkt, da mit steigendem Abstand zwischen Referenzstation und mobilem GPS Empfänger die entfernungsabhängigen Fehler dominieren und oftmals eine erfolgreiche Auflösung der Ambiguitäten nicht erlauben. Dies wirkt sich demnach in einer verminderten Positionsgüte aus und führt bei dem gewünschten großräumigen Einsatzbereich zu einer zwangsläufigen Stückelung der Trajektorie und damit zu einer geminderten Effizienz. Diese Mißstände werden dadurch kompensiert, daß der klassische Ansatz der Einzelbasislinienprozessierung aufgegeben wird und stattdessen auf Daten virtueller Referenzstationen zurückgegriffen wird. Der in dieser Arbeit verwirklichte Ansatz der sequentiellen Prozessierung multipler virtueller Referenzstation bietet hierbei die Möglichkeit den Einsatzbereich des hybriden Meßsytems auf großräumige Bereiche auszudehnen und die Stückelung der Trajektorien zu minimieren. Die Wirksamkeit der verfolgten Ansätze wird mittels einer Testmessung, einer ca. 50 km langen Meßstrecke, belegt, welche komplett an einem Stück und gänzlich ohne physische Referenzstationen gemessen wird. Letztlich zeigt die Auswertung der Testmessung eindrucksvoll die Überlegenheit der kombinierten GPS/INS Messung gegenüber der Messung mittels Einzelsensoren, welche sich in wesentlich kürzeren Datenlücken in der GPS Positionierung mittels Phasenbeobachtungen und fixierter Mehrdeutigkeiten aufgrund von Signalabrissen, bedingt durch Brücken, Schilderbrücken o.ä., äußert.

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