Precise Point Positioning (PPP) ermöglicht eine präzise Positionsbestimmung mittels globaler Satellitennavigationssysteme (Global Navigation Satellite System, GNSS) ohne die direkte Verwendung der Beobachtungsdaten von regionalen Referenzstationen. Die wesentlichste Einschränkung von PPP im Vergleich zu differenziellen Auswertetechniken (Real-Time Kinematic, RTK) ist die deutlich längere Konvergenzzeit. Voraussetzung für die Verkürzung der Konvergenzzeit ist die Festsetzung der geschätzten Mehrdeutigkeiten auf ganzzahlige Werte. Die Mehrdeutigkeitslösung verlangt ein robustes funktionales Modell und beruht auf einem zweistufigen Mehrdeutigkeitsfestsetzungsverfahren, welches frei von ionosphärischen Einflüssen 1. Ordnung ist. Die sowohl auf Code- als auch auf Phasenbeobachtungen basierende Melbourne-Wübbena-Linearkombination erlaubt hierbei eine einfache Festsetzung der Widelane-Mehrdeutigkeiten. Infolgedessen kann zur Berechnung der ionosphären-freien Linearkombination die im Vergleich zur Wellenlänge der ionosphären-freien Linearkombination deutlich größere Narrowlane-Wellenlänge verwendet werden. Zur Stabilisierung des im Normalfall lediglich auf den Beobachtungsdaten des amerikanischen Global Positioning System (GPS) beruhenden funktionalen Modells können die Beobachtungsdaten des russischen GLObal’naya NAvigatsioannaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) beitragen. Aufgrund der Technik, die GLONASS zur Identifizierung der einzelnen Satelliten einsetzt (Frequency Division Multiple Access, FDMA), unterscheiden sich die Frequenzen der einzelnen Satelliten. Die leicht unterschiedlichen Frequenzen erschweren die Modellierung und Korrektion der instrumentell bedingten Signalverzögerungen (z. B. Fractional-Cycle Biases (FCB)). Vor diesem Hintergrund kann das konventionelle Mehrdeutigkeitsfestsetzungsverfahren nur bedingt für GLONASS verwendet werden. Die Untersuchung der instrumentell bedingten GLONASS-Signalverzögerungen sowie die Entwicklung einer alternativen Methode zur Festsetzung der GLONASS-Mehrdeutigkeiten mit dem Ziel einer kombinierten GPS/GLONASS-Mehrdeutigkeitslösung sind die Schwerpunkte der vorliegenden Arbeit. Die entwickelte alternative Mehrdeutigkeitsfestsetzungsstrategie baut auf der puren Widelane-Linearkombination auf, weshalb globale Ionosphärenmodelle unabdingbar sind. Sie eignet sich sowohl für GLONASS als auch für GPS und zeigt gleichwertige Ergebnisse für beide GNSS, wenngleich im Vergleich zur konventionellen Methode mit geringeren Mehrdeutigkeitsfestsetzungsquoten zu rechnen ist. / Precise Point Positioning (PPP) allows for accurate Global Navigation Satellite System (GNSS) based positioning without the immediate need for observations collected by regional station networks. The fundamental drawback of PPP in comparison to differential techniques such as Real-Time Kinematic (RTK) is a significant increase in convergence time. Among a plurality of different measures aiming for a reduction of convergence time, fixing the estimated carrier phase ambiguities to integer values is the key technique for success. The ambiguity resolution asks for a robust functional model and rests upon a two-stage method ruling out first-order ionospheric effects. In this context the Melbourne-Wübbena linear combination of dual-frequency carrier phase and code measurements leverages a simple resolution of widelane ambiguities. As a consequence the in comparison to the wavelength of the ionosphere-free linear combination significantly longer narrowlane wavelength can be used to form the ionosphere-free linear combination. By default the applied functional model is solely based on observations of the Global Positioning System (GPS). However measurements from the GLObal’naya NAvigatsioannaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) can contribute to improve the model’s stability significantly. Due to the technique used by GLONASS to distinguish individual satellites (Frequency Division Multiple Access, FDMA), the signals broadcast by those satellites differ in their frequencies. The resulting slightly different frequencies constitute a barricade for both modelling and correcting any device-dependent signal delays, e.g. fractional-cycle biases (FCB). These facts limit the applicability of the conventional ambiguity-fixing approach when it comes to GLONASS signals. The present work puts a focus both on investigating the device-dependent GLONASS signal delays and on developing an alternative method for fixing GLONASS ambiguities with the ultimate objective of a combined GPS/GLONASS ambiguity resolution. The alternative ambiguity resolution strategy is based on the pure widelane linear combination, for which reason ionospheric corrections are indispensable. The procedure is applicable for GLONASS in the first instance but reveals equivalent results for both GPS and GLONASS. The disadvantage relative to the conventional approach is the reduced ambiguity fixing success rate.

Precise Point Positioning (PPP) ermöglicht eine präzise Positionsbestimmung mittels globaler Satellitennavigationssysteme (Global Navigation Satellite System, GNSS) ohne die direkte Verwendung der Beobachtungsdaten von regionalen Referenzstationen. Die wesentlichste Einschränkung von PPP im Vergleich zu differenziellen Auswertetechniken (Real-Time Kinematic, RTK) ist die deutlich längere Konvergenzzeit. Voraussetzung für die Verkürzung der Konvergenzzeit ist die Festsetzung der geschätzten Mehrdeutigkeiten auf ganzzahlige Werte. Die Mehrdeutigkeitslösung verlangt ein robustes funktionales Modell und beruht auf einem zweistufigen Mehrdeutigkeitsfestsetzungsverfahren, welches frei von ionosphärischen Einflüssen 1. Ordnung ist. Die sowohl auf Code- als auch auf Phasenbeobachtungen basierende Melbourne-Wübbena-Linearkombination erlaubt hierbei eine einfache Festsetzung der Widelane-Mehrdeutigkeiten. Infolgedessen kann zur Berechnung der ionosphären-freien Linearkombination die im Vergleich zur Wellenlänge der ionosphären-freien Linearkombination deutlich größere Narrowlane-Wellenlänge verwendet werden. Zur Stabilisierung des im Normalfall lediglich auf den Beobachtungsdaten des amerikanischen Global Positioning System (GPS) beruhenden funktionalen Modells können die Beobachtungsdaten des russischen GLObal’naya NAvigatsioannaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) beitragen. Aufgrund der Technik, die GLONASS zur Identifizierung der einzelnen Satelliten einsetzt (Frequency Division Multiple Access, FDMA), unterscheiden sich die Frequenzen der einzelnen Satelliten. Die leicht unterschiedlichen Frequenzen erschweren die Modellierung und Korrektion der instrumentell bedingten Signalverzögerungen (z. B. Fractional-Cycle Biases (FCB)). Vor diesem Hintergrund kann das konventionelle Mehrdeutigkeitsfestsetzungsverfahren nur bedingt für GLONASS verwendet werden. Die Untersuchung der instrumentell bedingten GLONASS-Signalverzögerungen sowie die Entwicklung einer alternativen Methode zur Festsetzung der GLONASS-Mehrdeutigkeiten mit dem Ziel einer kombinierten GPS/GLONASS-Mehrdeutigkeitslösung sind die Schwerpunkte der vorliegenden Arbeit. Die entwickelte alternative Mehrdeutigkeitsfestsetzungsstrategie baut auf der puren Widelane-Linearkombination auf, weshalb globale Ionosphärenmodelle unabdingbar sind. Sie eignet sich sowohl für GLONASS als auch für GPS und zeigt gleichwertige Ergebnisse für beide GNSS, wenngleich im Vergleich zur konventionellen Methode mit geringeren Mehrdeutigkeitsfestsetzungsquoten zu rechnen ist. / Precise Point Positioning (PPP) allows for accurate Global Navigation Satellite System (GNSS) based positioning without the immediate need for observations collected by regional station networks. The fundamental drawback of PPP in comparison to differential techniques such as Real-Time Kinematic (RTK) is a significant increase in convergence time. Among a plurality of different measures aiming for a reduction of convergence time, fixing the estimated carrier phase ambiguities to integer values is the key technique for success. The ambiguity resolution asks for a robust functional model and rests upon a two-stage method ruling out first-order ionospheric effects. In this context the Melbourne-Wübbena linear combination of dual-frequency carrier phase and code measurements leverages a simple resolution of widelane ambiguities. As a consequence the in comparison to the wavelength of the ionosphere-free linear combination significantly longer narrowlane wavelength can be used to form the ionosphere-free linear combination. By default the applied functional model is solely based on observations of the Global Positioning System (GPS). However measurements from the GLObal’naya NAvigatsioannaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) can contribute to improve the model’s stability significantly. Due to the technique used by GLONASS to distinguish individual satellites (Frequency Division Multiple Access, FDMA), the signals broadcast by those satellites differ in their frequencies. The resulting slightly different frequencies constitute a barricade for both modelling and correcting any device-dependent signal delays, e.g. fractional-cycle biases (FCB). These facts limit the applicability of the conventional ambiguity-fixing approach when it comes to GLONASS signals. The present work puts a focus both on investigating the device-dependent GLONASS signal delays and on developing an alternative method for fixing GLONASS ambiguities with the ultimate objective of a combined GPS/GLONASS ambiguity resolution. The alternative ambiguity resolution strategy is based on the pure widelane linear combination, for which reason ionospheric corrections are indispensable. The procedure is applicable for GLONASS in the first instance but reveals equivalent results for both GPS and GLONASS. The disadvantage relative to the conventional approach is the reduced ambiguity fixing success rate.

Die zentimetergenaue satellitengestützte Positionierung hat in den letzten Jahren immer größere Verbreitung in den verschiedensten Bereichen gefunden. In der Literatur wird von ersten Anwendungen auch in der Sportwissenschaft berichtet. Für höchste Genauigkeitsanforderungen werden geodätische GPS-Empfänger und Antennen eingesetzt, deren Anbringung an Athleten aufgrund ihrer Masse und ihres Volumens jedoch problematisch erscheinen.Ausgehend von den Möglichkeiten, die miniaturisierte Elektronik heute bietet, wurde für die Anwendung im Skispringen ein spezieller GPS-Empfänger entwickelt, der komplett in einen Sprunghelm integriert werden konnte. Damit entstehen nur minimale Beeinträchtigungen im Training. Der untersuchte Athlet benutzt anstatt seines eigenen Helms den Messhelm. Die topographische Lage der Schanzen bewirkt größere Abschattungen der Satellitensignale, sodass GPS-Messungen nicht auf jeder Schanze und zu jeder Tageszeit möglich sind. Die Anzahl gleichzeitig beobachtbarer Satelliten ist vergleichsweise gering. Zentimetergenaue Positionen können zudem nur nach erfolgreicher Mehrdeutigkeitsfestsetzung erzeugt werden. Gängige GPS-Berechnungsalgorithmen gehen dabei unter anderem von der Voraussetzung ausreichend langer und unterbrechungsfreier Messungen aus, die mit der nutzbaren Zeitspanne von 10-20 Sekunden für Anlauf, Absprung, Flug und Landung jedoch nicht erfüllt werden kann. Deshalb wurde ein laserbasiertes Lichtschrankensystem entwickelt, mit dem Passpunktinformationen für den GPSHelm beim Absprung vom Schanzentisch erzeugt werden können. Diese Informationen fließen in die GPS-Trägerphasenauswertung ein und sorgen für eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Mehrdeutigkeitsfestsetzung. Der gesamte Sprung kann so zentimetergenau bestimmt werden. Im Rahmen von Trainingslehrgängen wurden Messungen gemeinsam mit kinemetrischen und dynamometrischen Untersuchungen durchgeführt und erfolgreich ausgewertet. Anhand dieser Ergebnisse wurde dargelegt, welche vielfältigen Informationen in Geschwindigkeits- und Ortskurven für Anlauf-, Absprung- und Flugphase enthalten sind. / Carrier phase based GPS applications with centimeter accuracy have become more popular over the last years, not only in surveying. First investigations are accomplished in sports sciences as well. However, most geodetic GPS equipment is too large and too heavy for attaching it at the athletes body. Using the potential of miniaturized electronics, a special GPS receiver for ski jumping was developed. The hardware could be integrated completely into a common jumping helmet. Striving to an ideal measurement system with no influence on the athlete activities only little adverse effects remain on the athletes using the GPS-helmet. The topography of jumping hills results in a more or less shadowing of the GPS satellite signals. Not all jumping hills are applicable for GPS measurements. Measurement campaigns need to be well planned considering satellite constellation issues. Centimeter accuracy requires successful integer ambiguity fixing. Common algorithms assume uninterrupted signal reception over a sufficient long time. But the 10 ?20 seconds for an attempt, take-off, flight and landing are not long enough. Thus a laser light barrier array was developed. It determines position and time of the GPS-helmet during athletes take-off from the ramp. This information enables the ambiguity fixing and enhances accuracy and reliability of the solution, even for short GPS measurement segments. The system was successfully tested during some training sessions of german ski jumpers. It was shown which informations can be derived from positions and velocities for several phases of a jump.

Die zentimetergenaue satellitengestützte Positionierung hat in den letzten Jahren immer größere Verbreitung in den verschiedensten Bereichen gefunden. In der Literatur wird von ersten Anwendungen auch in der Sportwissenschaft berichtet. Für höchste Genauigkeitsanforderungen werden geodätische GPS-Empfänger und Antennen eingesetzt, deren Anbringung an Athleten aufgrund ihrer Masse und ihres Volumens jedoch problematisch erscheinen.Ausgehend von den Möglichkeiten, die miniaturisierte Elektronik heute bietet, wurde für die Anwendung im Skispringen ein spezieller GPS-Empfänger entwickelt, der komplett in einen Sprunghelm integriert werden konnte. Damit entstehen nur minimale Beeinträchtigungen im Training. Der untersuchte Athlet benutzt anstatt seines eigenen Helms den Messhelm. Die topographische Lage der Schanzen bewirkt größere Abschattungen der Satellitensignale, sodass GPS-Messungen nicht auf jeder Schanze und zu jeder Tageszeit möglich sind. Die Anzahl gleichzeitig beobachtbarer Satelliten ist vergleichsweise gering. Zentimetergenaue Positionen können zudem nur nach erfolgreicher Mehrdeutigkeitsfestsetzung erzeugt werden. Gängige GPS-Berechnungsalgorithmen gehen dabei unter anderem von der Voraussetzung ausreichend langer und unterbrechungsfreier Messungen aus, die mit der nutzbaren Zeitspanne von 10-20 Sekunden für Anlauf, Absprung, Flug und Landung jedoch nicht erfüllt werden kann. Deshalb wurde ein laserbasiertes Lichtschrankensystem entwickelt, mit dem Passpunktinformationen für den GPSHelm beim Absprung vom Schanzentisch erzeugt werden können. Diese Informationen fließen in die GPS-Trägerphasenauswertung ein und sorgen für eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Mehrdeutigkeitsfestsetzung. Der gesamte Sprung kann so zentimetergenau bestimmt werden. Im Rahmen von Trainingslehrgängen wurden Messungen gemeinsam mit kinemetrischen und dynamometrischen Untersuchungen durchgeführt und erfolgreich ausgewertet. Anhand dieser Ergebnisse wurde dargelegt, welche vielfältigen Informationen in Geschwindigkeits- und Ortskurven für Anlauf-, Absprung- und Flugphase enthalten sind. / Carrier phase based GPS applications with centimeter accuracy have become more popular over the last years, not only in surveying. First investigations are accomplished in sports sciences as well. However, most geodetic GPS equipment is too large and too heavy for attaching it at the athletes body. Using the potential of miniaturized electronics, a special GPS receiver for ski jumping was developed. The hardware could be integrated completely into a common jumping helmet. Striving to an ideal measurement system with no influence on the athlete activities only little adverse effects remain on the athletes using the GPS-helmet. The topography of jumping hills results in a more or less shadowing of the GPS satellite signals. Not all jumping hills are applicable for GPS measurements. Measurement campaigns need to be well planned considering satellite constellation issues. Centimeter accuracy requires successful integer ambiguity fixing. Common algorithms assume uninterrupted signal reception over a sufficient long time. But the 10 ?20 seconds for an attempt, take-off, flight and landing are not long enough. Thus a laser light barrier array was developed. It determines position and time of the GPS-helmet during athletes take-off from the ramp. This information enables the ambiguity fixing and enhances accuracy and reliability of the solution, even for short GPS measurement segments. The system was successfully tested during some training sessions of german ski jumpers. It was shown which informations can be derived from positions and velocities for several phases of a jump.