Fehlereinflüsse

Eigentlich kann man jeweils nicht so genau sagen, woher der Fehler jetzt wirklich kommt, meistens ist es eine undurchsichtige Verknüpfung verschiedener Einflüsse. Zu allem Übel wird zudem oft durch die Elimination eines Einflusses der Effekt eines anderen verstärkt. Trotzdem sollen hier die wichtigsten Fehlereinflüsse aufgelistet werden und auch Möglichkeiten dargestellt werden, wie man diese beheben könnte. Die Aufzählung ist selbstverständlich nicht abschliessend und erhebt auch keinen Anspruch auf Vollständigkeit!

Satellitenbahnfehler

Wenn ein Satellit in einer falschen Bahn um die Erde fällt und sich somit nicht an der Position befindet, an der er behauptet, er sei, wirkt sich das aus, als ob die Entfernung falsch gemessen würde. Das geht direkt in die Koordinaten ein; in die Höhe natürlich mehr als in die Lage.
Als Massnahme kann man präzise Bahndaten verwenden (die werden jeweils ein bisschen später bekannt). Durch differenzielle Messung wird der Effekt aber weitgehend eliminiert.

Empfängeruhrfehler

Wenn die Uhr deines GPS-Empfängers nicht ganz richtig tickt, bewirkt dies ebenfalls eine falsche Längenmessung. Dass dann das Resultat nicht stimmen kann, ist logisch. Der Effekt auf die Höhe ist wiederum grösser als auf die Lage.
Dem kann man abhelfen, indem der Zeitoffset der Empfängeruhr als zusätzliche Unbekannte eingeführt wird. Es braucht dann einfach mehr Satelliten, um das Gleichungssystem zu lösen.

Antennencharakteristik

Die Empfänger sind nicht ganz so harmlos, wie sie gerne erscheinen. Meist haben sie ein paar Macken. Das Phasenzentrum der Antenne (also dort, wo das Signal so quasi empfangen wird) ist nicht identisch mit dem geometrischen Zentrum. Zudem variiert es je nach Position des Satelliten.
Deshalb muss man die Antennen kalibrieren und immer alle gleich ausrichten.

Ionosphäreneinfluss

In der Ionosphäre (200-500km über der Erdoberfläche) wird das Signal durch die vielen herumschwirrenden Elektronen verlangsamt und gebeugt. Zum Glück verhalten sich die beiden Trägersignale aufgrund ihrer unterschiedlichen Frequenz aber nicht gleich. So kann man aus einer Kombination der beiden Frequenzen eine «ionosphärenfreie» Lösung berechnen. Aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungswege bleiben aber Restfehler erhalten, die sich überwiegend auf die Höhen auswirken.
Es empfiehlt sich, bei Nacht zu messen, da dann die Atmosphäre allgemein ruhiger ist.

Troposphäreneinfluss

Die Troposphäre ist die eigentliche Luftschicht um die Erde (bis 10km) und mitunter das Herzstück der Schwierigkeiten. Besonders problematisch sind grosse Höhenunterschiede zwischen den Stationen, da dann ein beträchtlicher Längenunterschied zwischen den Strecken durch die Troposphäre besteht. Der Fehlereinfluss auf das Signal ist abhängig von der Temperatur, dem Luftdruck und der Luftfeuchtigkeit. Je tiefer ein Satellit über dem Horizont steht, umso grösser ist der Einfluss, da dann die vom Signal durchlaufene Wegstrecke viel länger ist, als wenn es aus dem Zenit kommt. Der Effekt wird auch durch differentielle Messung nicht eliminiert.
Um ihn zu korrigieren, schätzt man die Laufzeitverzögerung im Zenit und überträgt diesen Wert anhand einer sogenannten mapping function auf die anderen Elevationen. Dazu gibt es Modelle, die standardmässig in den Auswertesoftwarepaketen implementiert sind. Ob diese Standardmodelle zu genügen vermögen, ist wohl abhängig von der jeweiligen Anwendung und den Genauigkeitsanforderungen.

Multipath oder Mehrwegausbreitung

Der Satellit sendet seine Signale ja sowieso und strahlt sie in verschiedene Richtungen ab. So kann es sein, dass der Empfänger nicht nur das direkte vom Satellit empfangene Signal registriert, sondern auch eines, das irgendwo reflektiert wurde. Z.B. an einer nahegelegenen Hauswand oder so. Der Umweg über die Reflexion bewirkt natürlich, dass die Länge falsch bestimmt wird, was sich wiederum auf die Koordinaten auswirkt.
Meist ist das reflektierte Signal etwas schwächer als das direkte und kann daher als falsch detektiert werden. Oder man kann auch einfach darauf schliessen, dass das kürzeste Signal wohl das richtige ist.
Mit etwas Köpfchen und einem guten Auge lässt sich dieser Einfluss durch eine geschickte Wahl der Aufstellung der Antenne minimieren. Ansonsten gibt es auch noch die etwas teureren Ausführungen von Antennen, die Multipath so quasi «abwürgen» (Choke-Ring-Antennen).

Signalbeugung

Signalbeugung tritt dann auf, wenn ein Satellit eigentlich schon hinter einem Objekt verschwunden ist, das Signal aber trotzdem weiterhin empfangen wird. Der Umweg bewirkt eine falsche Längenmessung (es ist immer das gleiche!), was die Koordinaten verschlechtert.
Beheben kann man diesen Einfluss eigentlich nur in der Auswertung. Es gibt Ansätze, welche die Messungen anhand ihres Signal-Rausch-Verhältnisses gewichten. Denn je gebeugt desto Rausch. Oder man kann Elevationsmasken für Horizontabschattungen einführen, welche alle Signale aus einer Richtung, wo eigentlich gar keine mehr herkommen dürften, ganz ignorieren.