PCC-Suite: Ein Open-Source-Paket zur Analyse und Visualisierung von GNSS- Antennenkalibrierwerten

Amr Fawzy, Johannes Kröger, Tobias Kersten, and Steffen Schön

14. Mai 2026

Hochpräzise GNSS-basierte Positionierung beruht auf genauen Phasenzentrumskorrekturen (PCC). Aufgrund des Fehlens einer allgemein akzeptierten Referenz für Antennenkalibrierwerte ergeben sich jedoch Unterschiede zwischen den Ergebnissen verschiedener Kalibriereinrichtungen und -methoden. Diese Differenzen (dPCC) werden üblicherweise anhand der PCC-Gitter analysiert, wie sie durch das Antenna Exchange (ANTEX)-Format definiert sind. Allerdings spiegelt eine Übereinstimmung auf Gitterebene nicht direkt die Auswirkungen auf geschätzte geodätische Parameter wider.

Wir stellen PCC-Suite vor - ein Open-Source-Python-Paket mit benutzerfreundlichen grafischen Oberflächen zur Konvertierung, Visualisierung und Analyse von PCC- oder dPCC-Werten. ATX-Scanner ermöglicht die Suche und Filterung von ANTEX-Dateien nach Antennentyp, Frequenz, Kalibriermethode und weiteren Metadaten. PCC-Viewer visualisiert PCC- oder dPCC-Werte für ausgewählte Frequenzen und ionosphärenfreie Linearkombinationen (IF-LC) unter Verwendung stereographischer Projektionen und Elevationsprofilen. ATX-Converter bietet bidirektionale Konvertierung zwischen ANTEX-Versionen 1.4 und 2.0.

Der zentrale Bestandteil, PCC-Explorer, quantifiziert den Einfluss von PCC- oder dPCC-Werten auf geodätische Parameter, wie topozentrische Koordinatendifferenzen, Empfängeruhrschätzungen und troposphärische Parameter, unter realistischen multi-GNSS-Bedingungen. Die Software verarbeitet ANTEX-Daten (v1.4 oder v2.0), unterstützt die wichtigsten GNSS-Systeme und Frequenzen und erlaubt benutzerdefinierte IF-LC. Konfigurierbare Parameter umfassen Standort und Zeitspanne, Azimut-/Elevationsmasken, Beobachtungsgewichtung, troposphärische Abbildungsfunktionen, Abtastfrequenz und Lösungslänge (z.B. 3 h oder 24 h). Zudem ermöglicht sie regionale bis globale Analysen auf benutzerdefinierten Gittern.

Die Analyse konzentriert sich auf geodätische Parameter, die für GNSS-Anwender und Netzbetreiber von praktischer Bedeutung sind. Beispielhafte Simulationen werden interpretiert und anhand von Precise Point Positioning (PPP) Ergebnissen aus realen GNSS-Beobachtungen der IGS-Antennenkalibrierkampagne validiert. Darüber hinaus wird ein kinematischer Modus vorgestellt, der es ermöglicht, eine Trajektorie zu importieren, um den Einfluss von dPCC auf geodätische Parameter entlang einer Route zu bewerten. Insgesamt ermöglicht PCC-Suite GNSS-Anwendern und Netzbetreibern fundierte Bewertungen der Kalibriergüte und trägt so zur standardisierten, reproduzierbaren und zuverlässigen Beurteilung des Einflusses von Kalibrierergebnissen auf geodätische Parameter bei.

Antennen zum Empfang von Signalen aus globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) bilden das erste Glied in der GNSS-Datenverarbeitungskette. Die Antennenperformance bestimmt nicht nur die Empfindlichkeit gegenüber dem nützlichen GNSS-Signal, sondern auch die Anfälligkeit gegenüber den wichtigsten Fehlerquellen, die eine sichere und genaue Positionsbestimmung beeinträchtigen – insbesondere Mehrwegausbreitung und Störsignale. Störsignale treten nicht nur in der Nähe von Konfliktregionen auf, sondern können auch in größerer Entfernung die zivile geodätische Infrastruktur sowie die zivile Luftfahrt gefährden. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind widerstandsfähigere Antennen erforderlich, wobei Mehrantennensysteme zu den wirksamsten Gegenmaßnahmen für eine robuste GNSS-Positionierung zählen.

Für eine hochpräzise und genaue GNSS-basierte Positionsbestimmung müssen Phasenzentrumskorrekturen (PCC) und Code-Phasenkorrekturen (CPC) angewendet werden. Die Bestimmung dieser Korrekturen wird als Antennenkalibrierung bezeichnet und kann entweder im Feld unter Einsatz eines Roboters und realer GNSS-Signale oder in einer echolosen Kammer unter Verwendung künstlich erzeugter Signale erfolgen.

In unserem Beitrag stellen wir die Hauptziele des Projekts RENEGANT (Get REady
for NExt Generation of GNSS ANTenna systems) vor. Es handelt sich um ein gemeinsames  DFG-Projekt des Instituts für Erdmessung (IfE) und des Instituts für Kommunikation und Navigation am DLR. Ziel des Projekts ist es, eine Methode zur robotergestützten Kalibrierung von Antenntenarrays unter Verwendung realer GNSS-Signale zu entwickeln, und gleichzeitig den Einfluss von Antennenhalterungen – insbesondere bei miniaturisierten Antennen – auf CPC und PCC zu untersuchen.

Wir präsentieren erste Vergleiche zwischen Kalibrierungen einer miniaturisierten u-blox ANN-MB1-Antenne mit einem Roboter am IfE unter Verwendung realer GNSS-Signale und Kalibrierungen derselben Antenne, die in einer halb-echofreien Kammer am DLR durchgeführt wurden. Die beobachteten Unterschiede werden im Hinblick auf Signalrauschen, durch die Roboterplattform verursachte Nahfeldeffekte und mögliche Auswirkungen der in der Kammerumgebung verwendeten Antennenhalterung diskutiert.

Darüber hinaus werden erste Kalibrierungsergebnisse für einzelne Elemente eines CRPA Arrays (Controlled Reception Pattern Antenna) vorgestellt. Die geschätzten Phasenzentrumspositionen werden visualisiert, wodurch sich zeigt, dass aktive Komponenten wie Low Noise Amplifier (LNAs) aufgrund ihrer elektromagnetischen Wechselwirkung mit den Empfangselementen einen signifikanten Einfluss auf CPC und PCC haben können. Daher müssen diese bei der Kalibrierung berücksichtigt werden.