Qualitätsanalyse zum Einfluss von SSR-Korrekturdaten auf die GNSS-Positionierung mit SAPOS PPP-RTK

Ziel der Arbeit war es, GNSS-Korrekturdaten vom Typ State Space Representation (SSR) inhaltlich zu analysieren, zu dokumentieren und deren Auswirkungen auf die Qualität der GNSS-Echtzeitpositionierung anhand einer umfangreichen Machbarkeitsstudie zu untersuchen.

Die Arbeit greift dabei auf einen neuen Dienst der AdV zurück, der zum 1. Januar 2025 im Probebetrieb gestartet wurde und unter der Bezeichnung SAPOS PPP-RTK eine absolute Positionierung in Echtzeit mit SSR-Korrekturdaten nach dem Verfahren Precise Point Positioning (PPP) ermöglicht. Hierbei werden die Fehlereinflüsse auf die Signale der GNSS-Satelliten (z.B. Fehler in Satellitenbahnen und -uhren und atmosphärische Effekte) auf Basis des flächendeckenden Netzes von permanent betriebenen SAPOS®-Referenzstationen und GREF-Stationen für ganz Deutschland berechnet, modelliert und in Echtzeit unidirektional dem Nutzer zur Verfügung gestellt.

Im Rahmen dieser Arbeit standen für Testmessungen verschiedene Korrekturdatenströme zur Verfügung, die sich in der zeitlichen Abfolge der Übertragung einzelner Korrekturparameter unterscheiden. Die Übertragung der Korrekturdaten erfolgte via Internet (Protokoll Ntrip) im Datenformat Geo++ SSRZ. Insgesamt wurden neben dem etablierten Echtzeitpositionierungsdienst SAPOS HEPS drei Datenströme des neuen PPP-RTK Dienstes in ausgewählten Messszenarien untersucht. Dabei wurden je zwei Datenströme in unterschiedlichen Konfigurationen gegenübergestellt und anhand zeitgleicher Messungen mit Hilfe von zwei GNSS-Empfängern und einer Antenne (via Antennensplitter) getestet. Die ermittelten GNSS-Positionen im NMEA Datenformat wurden anschließend via Matlab hinsichtlich Genauigkeit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit anhand diverser Untersuchungsparameter näher analysiert.

Die mehrstufigen Analysen konzentrierten sich zunächst auf mehrere statische 24h-Messungen der SAPOS Monitoringstation Freising mit ihren bekannten Sollkoordinaten. Ein zentraler Untersuchungspunkt war neben den Abweichungen von der Sollposition (s. Abb. 1+2) die Untersuchung von etwaigen Ausreißern innerhalb von Messungen mit fixierten Ambiguitäten (= Qualitätsindikator 4), welche die angestrebten Genauigkeiten der Produktspezifikation des Dienstes PPP-RTK von drei und fünf Zentimetern in Lage und Höhe (1 Sigma) nicht erfüllten. Für die statischen Messungen konnten in nahezu allen Konfigurationen die Mindestanforderungen (3 Sigma) über längere Messintervalle bei hoher Verfügbarkeit erreicht werden (s. Abb. 3 + 4, rechts). Allerdings zeigten sich auch in allen Konfigurationen immer wieder Messintervalle mit Verlust der Mehrdeutigkeitslösung (float Lösung), unkorrigierten GNSS-Positionen oder Messepochen ohne Lösung (s. Abb. 3 + 4, links). Die Ergebnisse jeder statischen Messung wurden zusätzlich anhand von Ergebnisberichten übersichtlich zusammengefasst (s. Abb. 5).

Weiterführend wurden kinematische Messungen mit denselben Konfigurationen (HEPS vs. PPP-RTK) an zwei verschiedenen Tagen durchgeführt. Die mehrfach gefahrene Strecke umfasste eine Länge von etwa zwei Kilometern und beinhaltete Feld- sowie Waldweg, um den Einsatz des Dienstes in der Landwirtschaft zu simulieren. Die Analyse der Ergebnisse zeigte allerdings, dass Genauigkeitsuntersuchungen gemäß der Produktspezifikation nicht möglich waren, da kaum nutzbare Positionslösungen vorlagen (s. Abb. 5). So konnten bei etwa der Hälfte der Messungen keine Positionslösungen mit Korrekturdaten realisiert werden, Lösungen mit fixierten Ambiguitäten lagen nur zu geringen Anteilen vor. Selbst die Referenztrajektorie mit HEPS-Korrekturdaten lieferte nur max. 50-70% fixierte Lösungen. Eine mögliche Ursache für diese Ergebnisse lag wohl in der ungewöhnlich hohen Aktivität der Ionosphäre an den beiden Messtagen, wie die Analyse des I95-Index aus dem SAPOS Referenznetzes und eine Kontrolle der Mehrdeutigkeitslösungen auf der nächstgelegenen SAPOS-Referenzstation in Landsberg am Lech zeigen.