Großräumige GPS/INS Vermessung mittels virtueller Referenzstationen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Entwicklung eines hybriden Messystems zur grosraumigen und schnellen Vermessung von Autobahnen. Dabei wird den besonderen Anforderungen, welche hierbei auftreten, Rechnung getragen. Das entwickelte System ist hinsichtlich Genauigkeit und Verfugbarkeit der Trajektorienbestimmung sowie Kosteneffizienz, welche durch Einsatz von modernen GPS Empfangern sowie der Entwicklung neuer Module fur die schnelle und zuverlassige Auflosung der Ambiguitaten erreicht wird, optimiert. Die Entwicklung des Systems beinhaltet ebenfalls die Aktualisierung der benutzten Hardware. Dazu gehoren die Schnittstellenkarte zur Kommunikation zwischen INS und Computer sowie die benutzten GPS Empfanger, welche durch moderne Gerate ersetzt werden. Die durch die Modernisierung der Hardware notwendige Analyse der Software-Module ergibt, das die vorhandene Software-Architektur keine in vertretbarem Aufwand durchzufuhrenden Veranderungen moglich macht und fuhrt 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 andernde Gegebenheiten, wie neue oder zusatzliche Sensoren, erlaubt. Zentraler Teil der Arbeit ist die Entwicklung eines modernen GPS Prozessors, welcher die Ambiguitaten schnell und zuverlassig auflost. Als Basis der Ambiguitatenauflosung dient der LAMBDA-Algorithmus, welcher fur die in dieser Arbeit im Fokus stehende kinematische Anwendung von GPS und INS modifiziert wird. Dies bedingt im speziellen Modifikationen am Originalansatz bezuglich der Anzahl der zu testenden Ambiguitaten sowie deren Validierung. Die im kinematischen Ansatz i.d.R. grosen Suchraume und daraus folgend die erhebliche Anzahl der Mehrdeutigkeiten, erschweren hierbei die Fixierung der korrekten Ambiguitaten. Aus diesem Grund werden die gefunden Mehrdeutigkeiten mittels verschiedener, strenger Validierungsverfahren getestet. Typischerweise wird der Einsatzradius der kinematischen GPS Prozessierung auf kurze Basislinien beschrankt, da mit steigendem Abstand zwischen Referenzstation und mobilem GPS Empfanger die entfernungsabhangigen Fehler dominieren und oftmals eine erfolgreiche Auflosung der Ambiguitaten nicht erlauben. Dies wirkt sich demnach in einer verminderten Positionsgute aus und fuhrt bei dem gewunschten grosraumigen Einsatzbereich zu einer zwangslaufigen Stuckelung der Trajektorie und damit zu einer geminderten Effizienz. Diese Misstande werden dadurch kompensiert, das der klassische Ansatz der Einzelbasislinienprozessierung aufgegeben wird und stattdessen auf Daten virtueller Referenzstationen zuruckgegriffen wird. Der in dieser Arbeit verwirklichte Ansatz der sequentiellen Prozessierung multipler virtueller Referenzstation bietet hierbei die Moglichkeit den Einsatzbereich des hybriden Messytems auf grosraumige Bereiche auszudehnen und die Stuckelung der Trajektorien zu minimieren. Die Wirksamkeit der verfolgten Ansatze wird mittels einer Testmessung, einer ca. 50 km langen Messtrecke, belegt, welche komplett an einem Stuck und ganzlich ohne physische Referenzstationen gemessen wird. Letztlich zeigt die Auswertung der Testmessung eindrucksvoll die Uberlegenheit der kombinierten GPS/INS Messung gegenuber der Messung mittels Einzelsensoren, welche sich in wesentlich kurzeren Datenlucken in der GPS Positionierung mittels Phasenbeobachtungen und fixierter Mehrdeutigkeiten aufgrund von Signalabrissen, bedingt durch Brucken, Schilderbrucken o.a., ausert.