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RTK-Antennenvergleich: Kostengünstige vs. High-End-geodätische Antennen

Kann ein kostengünstiges GNSS Funktioniert die Antenne wie eine geodätische Antenne?

Eine Forschungsarbeit in GPS-Lösungen sagt er: oft ja – wenn man sorgfältig auswählt.

Stellen Sie sich vor, Sie sind mit einem günstigen Mehrbandempfänger (wie ihn viele von uns täglich verwenden) im Feld unterwegs. Sie machen alles „richtig“ … aber Ihre Ergebnisse schwanken trotzdem stärker als erwartet. Einer der wichtigsten Gründe dafür ist überraschend einfach: Die Antenne spielt eine größere Rolle, als die meisten denken.

Die Studie verglich einen kostengünstigen Empfänger mit mehreren gängigen, kostengünstigen Antennen – sowie mit geodätischen Referenzantennen –, um zu sehen, wie sich die Signalqualität und die endgültige Positionsbestimmung tatsächlich verändern. Und ja – ArduSimple Antennen waren Teil des Tests.

Testplattform mit 14 kostengünstigen GNSS-Empfängern, die während der ersten Messkampagne mit 12 kostengünstigen und zwei geodätischen GNSS-Antennen verbunden waren.Quelle: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Vergleich der Eigenschaften von Multi-GNSS-Signalen, die mit einem kostengünstigen Empfänger an verschiedene kostengünstige Antennen aufgenommen wurden. GPS Solut 28, 82 (2024). Lizenziert unter CC BY 4.0

Was die Forscher tatsächlich getestet haben

Sie errichteten eine Testplattform auf einem Dach, auf der zahlreiche Antennen nebeneinander angeordnet waren und gleichzeitig unter demselben Himmel Daten aufzeichneten. Das ist wichtig, weil es einen fairen Vergleich ermöglicht: dieselben Satelliten, dieselbe Umgebung – nur die Antennen ändern sich. Anschließend untersuchten sie Folgendes:
  • Signalstärke: Gemessen wird das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in dB-Hz (vergleichbar mit: „wie sicher der Empfänger den Satelliten hören kann“).
  • MultiPath: Das ist das „Echo-Problem“: Signale werden von Oberflächen reflektiert, bevor sie die Antenne erreichen. Mehrwegeempfang ist einer der größten, oft übersehenen Gründe für ungenaue GNSS-Signale im Alltag.
  • Messrauschen: GNSS erzeugt zwei Haupttypen von Messungen:
    • Pseudobereich (verrauscht im Meterbereich, wird für einfache Positionierung verwendet)
    • Trägerphase (sehr präzise – Millimetergenauigkeit – erfordert jedoch eine gute Nachführung und Mehrdeutigkeitsauflösung)
  • Die Antenne PhasenmittelpunktversatzDie Antenne misst nicht von ihrem physikalischen Mittelpunkt aus, sondern von einem elektrischen Phasenmittelpunkt. Diese Position ändert sich mit der Frequenz und der Konstellation.

Performance ArduSimple Antennen

Die Studie berichtet, dass unter den getesteten kostengünstigen Antennen Folgendes zutrifft: ArduSimple Budget Survey Zu den leistungsstärksten Antennen zählten die Multiband-GNSS-Antenne (AS2S) und die Calibrated Survey Tripleband-GNSS-Antenne (AS3C).

1. Die Positioniergenauigkeit von ArduSimple Antennen erreichen nach ordnungsgemäßer Kalibrierung ± 2 mm horizontale Genauigkeit im Millimeterbereich und ± 3 mm Vertikale Konsistenz im Millimeterbereich, vergleichbar mit den getesteten geodätischen Antennen unter Freihimmelbedingungen.

2. PPP mit Mehrdeutigkeitsauflösung verbessert die Wiederholgenauigkeit für AS2S und AS3C deutlich, mit Fixierungsraten um die 99 %, ähnlich wie bei hochentwickelten geodätischen Systemen.
Wiederholbarkeit der Nord-, Ost- und Aufwärtskoordinatenkomponenten von Gleitkomma-PPP- (oben) und PPP-AR-Lösungen (unten) mit Null- (links) und bestimmten (rechts) PCOs Quelle: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Vergleich der Eigenschaften von Multi-GNSS-Signalen, die mit einem kostengünstigen Empfänger an verschiedene kostengünstige Antennen aufgenommen wurden. GPS Solut 28, 82 (2024). Lizenziert unter CC BY 4.0

3. Die Konvergenzzeit bis zum Erreichen einer Genauigkeit von 5 cm gehört zu den schnellsten für AS2S und AS3C innerhalb der Gruppe der kostengünstigen Antennen und liegt nahe an der der Leica-Referenzantenne.

Wiederholbarkeit der Nord-, Ost- und Aufwärtskoordinatenkomponenten von Gleitkomma-PPP- (oben) und PPP-AR-Lösungen (unten) mit Null- (links) und bestimmten (rechts) PCOsQuelle: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Vergleich der Eigenschaften von Multi-GNSS-Signalen, die mit einem kostengünstigen Empfänger an verschiedene kostengünstige Antennen aufgenommen wurden. GPS Solut 28, 82 (2024). Lizenziert unter CC BY 4.0

4. ArduSimple Die Antennen weisen hohe Empfangsraten auf den Primärfrequenzen (L1/E1/E5b) auf und gehören damit konstant zur Spitzengruppe der getesteten kostengünstigen Antennen.

5. Obwohl Mehrwegeausbreitung alle kostengünstigen Antennen stärker beeinträchtigt als geodätische Antennen, gehören AS2S und AS3C weiterhin zur leistungsstärkeren Gruppe und übertreffen die getesteten Helixantennen deutlich.

Zusammengenommen stützen die Zahlen die Schlussfolgerung, dass – unter kontrollierten Bedingungen unter freiem Himmel und bei korrekter Kalibrierung – ArduSimple Antennen bieten eine Positionsbestimmung in geodätischer Qualität zu geringen Kosten.

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