Einleitung

Neben den VLBI- und SLR-Verfahren haben Mikrowellenmessungen zu den Satelliten der satellitengestützten Navigationssysteme (GNSS = Global Navigation Satellite System)

• GPS (USA)
• GLONASS (Russland)
• Galileo (Europa)
• Compass (China)

• Positionen besser als 1 cm
• Bewegung der Punkte (Plattentektonik) durch periodische Wiederholungsmessungen oder durch kontinuierliche Messungen

Durch die weltweite, regionale und nationale Einrichtung permanenter GNSS-Referenzstationen - organisiert in Netzwerken - wird zum einen das globale Bezugssytem ITRF (International Reference Frame) bis zur nationalen Anwendung in der Vermessung bereitgestellt, zum anderen ist es dadurch möglich,

• die Bahnen der GNSS-Satelliten selbst zu bestimmen sowie
• die Erdrotationsparameter abzuleiten.

Verfahrens- und Redundanzgründe setzen jedoch voraus, daß diese Parameter stets einer Überprüfung auch durch andere Techniken bedürfen. Zu nennen ist auch, daß Beobachtungen auf permanent eingerichteten Stationen es ermöglichen,

• Ionosphärische Parameter (Elektronengehalt in der Ionosphäre),
• Atmosphärische Parameter (Luftfeuchtigkeit)

Das Grundprinzip von GPS setzt voraus, daß von einem Punkt auf der Erdoberfläche sogenannte Pseudostrecken zu mindestens 4 Satelliten gleichzeitig ermittelt werden. Pseudostrecken (p) setzen sich zusammen aus der Strecke (?) vom Punkt zum Satelliten plus einem konstanten Wert (k). Kennt man die Positionen der Satelliten, so kann durch eine Art "Bogenschlag" die Position des Receivers (Empfängers) festgelegt werden. Die Satellitenpositionen werden durch sogenannte Ephemeriden (Bahndaten), die fortlaufend aus Beobachtungen von Bodenstationen gewonnen und entsprechend in die Zukunft prädiziert werden müssen, beschrieben. Voraussetzung dazu ist, daß sowohl das Kraftfeld der Erde (Gravitationsfeld), in dem der Satellit sich bewegt, als auch daß die Drehbewegungen der Erde bekannt sind (der Satellit macht die Erddrehung nicht mit).

Die Pseudostreckenmessung läuft auf eine Messung der Signallaufzeit hinaus. Hierbei sendet der Satellit codierte, zeitlich getaktete Signale aus, die ein Empfänger am Boden registrieren, decodieren und zeitlich einordnen kann. Bedingt jedoch, daß der Bodenempfänger zunächst nicht zeitlich mit der Satellitenzeit synchronisiert ist, ist die Laufzeit um den Uhrstand zwischen der Satellitenzeit und der Empfängerzeit verfälscht. Aus der gemessenen "Laufzeit" ergibt sich die Pseudostrecke durch Multiplikation mit der Lichtgeschwindigkeit. (Die Konstante k entspricht dem Uhrstand multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit.) Die Pseudostreckenmessgenauigkeit hängt im wesentlichen von der Codierung ab.

Bei den geodätischen Anwendungen begnügt man sich jedoch nicht nur mit den sogenannten Code-Messungen, sondern man führt auch Phasenmessungen auf den Trägerwellen (L1, L2) durch. Die Phasenmessungen könnten als genaue Streckenmessungen interpretiert werden, wenn man wüsste, wie viele ganze Wellenzüge sich auf der Strecke vom Empfänger zum Satelliten befänden. Geodätische Auswertetechniken, begünstigt durch Vorabkenntnis relativ genauer Näherungswerte für die Koordinaten (des nun zu bestimmenden Punktes) sowie durch parallele Beobachtungen auf üblicherweise mehreren Stationen (auch auf Referenzstationen), erlauben es, die Mehrdeutigkeiten - bedingt durch die unbestimmte Anzahl ganzer Wellenzüge - zu lösen und aus den Phasenmessungen genaue Strecken zu ermitteln und somit sehr genaue Positionen, insbesondere mit einer sehr hohen relativen Genauigkeit der Positionen zueinander, zu berechnen.

Beteiligung an Netzen permanenter GNSS-Referenzstationen (IGS, EUREF, GREF)

Die Nutzung von GNSS-Beobachtungen, insbesondere zur Vermessung von ausgedehnten Netzen, setzt die Kenntnis genauer Satellitenephemeriden voraus. Sogenannte "Precise Ephemerides" wurden anfangs der 80er Jahre allein von der U.S. Defense Mapping Agency in Washington berechnet und für zivile Anwendungen nur unter Vorbehalt zur Verfügung gestellt. Ein erster Schritt, genaue Bahndaten für zivile Anwendungen zur Verfügung zu stellen, wurde Mitte der 80er Jahre vom amerikanischen National Geodetic Survey (NGS) eingeleitet. NGS betrieb seinerzeit auf den US-VLBI-Stationen in Richmond, Ft. Davis und Westford stationär installierte GPS-Empfänger.

Ab November 1987 beteiligte sich das GO-Wettzell an diesem Vorhaben. Es wurde ein TI 4100 GPS-Empfänger installiert, der - über einen externen PC gesteuert - vollautomatisch alle Satellitendurchgänge aufzeichnete. Über Telefonmodem wurden die Daten täglich vom NGS abgerufen. Im Mai 1989 wurde dieser Empfänger durch einen MINIMAC 2816 AT ersetzt. Bedingt durch den Start weiterer GPS-Satelliten war bald der Einsatz eines Empfängers mit mindestens 8 Kanälen erforderlich. Seit Juli 1991 wurde daher ein ROGUE SNR 800 Empfänger eingesetzt. Die Meßdaten wurden über INTERNET bereitgestellt. Anfang der 90er Jahre wurde dieses GPS-Netz über eine breite internationale Beteiligung auf etwa 25 global verteilte Stationen erweitert und als CIGNET (Cooperative International GPS Network) bekannt.

Heute ist CIGNET in den "International GPS Service (IGS) for Geodynamics" integriert [Neilan, 1995]. Das IGS-Netz umfaßt mehr als 350 global verteilte Stationen. Davon werden etwa 100 Stationen als sogenannte "core stations" betrachtet, deren Daten für die Berechnung hochpräziser Bahndaten genutzt werden. Aus IGS-Bahndaten können Satellitenpositionen mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Sie stehen für zivile Anwendungen bereits nach wenigen Stunden regelmäßig zur Verfügung.

Aus Redundanzgründen stehen in Wettzell GNSS Beobachtungen mit Leica GRX1200GGPro, Javad, Topcon und Septentrio Empfängern zur Verfügung. Wettzell kommt hierbei die wichtige Rolle einer Core-Station zu. Um insbesondere Bereiche in Asien oder die Antarktis mit einzubeziehen wurden weitere permanente GNSS-Stationen eingerichtet in Lhasa/Tibet, O'Higgins/Antarktis und Reykjavik/Island, die von dem GO-Wettzell aus per remote control überwacht werden.

Im Bereich von Europa wurde ein regionales Netz von 218 permanent beobachtenden Stationen (EUREF) aufgebaut, 15 davon werden von dem GO-Wettzell betreut. Ziel permanenter Messungen ist es, Zeitreihen der aktuellen ITRF-Koordinaten für die Referenzstationen abzuleiten, um zeitliche Veränderungen zu bestimmen und deren Ursache zu analysieren. Verstärkt wird daran gearbeitet die Messungen auch für atmosphärische Untersuchungen zu nutzen. Hierzu werden möglichst aktuelle Auswertungen erforderlich sein, die echtzeitnahe Beobachtungsdaten ausgewählter Stationen benötigen [Weber et al, 1997; Becker et al. 1998].

Neben den routinemässigen GPS und GLONASS Beobachtungen werden seit 2008 auch

Galileo

Erste Ergebnisse, bezüglich der Galileobeobachtungen, können unter CONGO: First GPS/GIOVE Tracking Network for Science, Research betrachtet werden.