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The future of national GNSS-geomonitoring infrastructures in Switzerland / John Clinton (2017)  

Public Titre : The future of national GNSS-geomonitoring infrastructures in Switzerland : White paper Type de document : Rapport Auteurs : John Clinton, Auteur ; Alain Geiger, Auteur ; Simon Häberling, Auteur ; Florian Haslinger, Auteur ; Markus Rothacher, Auteur ; Adrian Wiget, Auteur ; Urs Wild, Auteur Editeur : Zurich : Schweizerischen Geodatischen Kommission / Commission Géodésique Suisse Année de publication : 2017 Collection : Geodätisch-Geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, ISSN 0257-1722 num. 100 Importance : 59 p. Format : 21 x 30 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-908440-46-8 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Systèmes de référence et réseaux [Termes IGN] AGNES [Termes IGN] infrastructure [Termes IGN] Suisse [Termes IGN] surveillance géologique Index. décimale : 30.10 Systèmes de référence et réseaux géodésiques Résumé : (auteur) Ce document décrit les grandes lignes de la vision à long terme de l’infrastructure GNSS de géo-monitorage en Suisse. Il est élaboré par trois institutions clés, l’office fédéral de topographie swisstopo, le service sismologique suisse (SED) ainsi que l’institut de géodésie et photogrammétrie de l’EPF Zurich (IGP). En outre, il est parrainé par la commission géodésique suisse ainsi que par la commission géophysique suisse. Bien que les réseaux GNSS permanents fournissent des services très utiles à la société et bénéficient d’une valeur économique évidente, ce papier traite en priorité des aspects scientifiques qui leurs sont liés. En particulier, les avancées concernant la conception des réseaux y sont décrites, de leur densité et de la pertinence de la colocation de multiples senseurs. Ceci, en analysant toute la chaîne, depuis la gestion et l’échange des données jusqu’aux produits finaux. Actuellement, le réseau GNSS permanant AGNES est de haute-qualité, polyvalent et automatique. Il trouve ses applications dans les services de positionnement, dans la mensuration nationale, en géodynamique et en météorologie. Bien que le réseau actuel puisse être considéré comme étant conforme aux réseaux les plus avancés du point de vue de la densité des stations et de l’instrumentation en place, il existe un certain potentiel d’amélioration en ce qui concerne la gestion, l’organisation et la distribution des données et des services, surtout pour ce qui est des applications en temps réel et à court terme, ainsi que du point de vue de la coordination avec les différentes parties prenantes. Une des principales conclusions de ce papier est que l’aménagement et l’augmentation des applications existantes ainsi que leur expansion au champ de la sismologie devrait pouvoir contribuer significativement à l’amélioration de l’évaluation globale des risques sismiques en Suisse. De plus, si les recommandations développées dans ce document sont mises en œuvre, elles contribueront à une meilleure connaissance des processus tectonique et sismique en cours et pourraient être bénéfiques aux applications comme les alertes précoces et la caractérisation rapide des séismes tout en augmentant la redondance et leur niveau de fiabilité général. Voici les recommandations clés qui sont proposées : 1.Densification spatiale de l’épine dorsale du réseau AGNES par de nouvelles stations aux standards de qualités exigées pour des applications de géodynamique. Les objectifs sont : i) densification générale des stations avec un espacement de 10-20 km; ii) amélioration de la répartition en altitude des stations en région de montagne; iii) densification sélective des régions à forte séismicité. 2.Colocation de stations clés AGNES avec des stations sismiques et météorologiques. Comme mesure minimale, le SED, swisstopo et MétéoSuisse devraient se consulter lorsque de nouvelles stations de monitorages sont planifiées. 3.Améliorer l’infrastructure de toutes les stations AGNES et de leurs réseaux affiliés afin de permettre un taux d’échantillonnage de 20 mesures par seconde. Les communications doivent être mises à jour afin de disposer d’une bande passante suffisante ainsi que de temps de latence minimaux. 4.Swisstopo et le SED devraient établir un cadre clair pour l’intégration des données GNSS à hautes fréquence dans les procédures du réseau sismologique, en intégrant les séries temporelles de déplacements des évènements sismiques dans les archives des formes d’ondes du SED, ceci avec un minimum de temps de latence. 5.Swisstopo devrait définir des standards et des lignes directrices qui seraient appliquées par toutes les agences qui développeraient leur propre réseau permanant GNSS de haute qualité ou qui intégreraient des solutions temporaires de moindre qualité avec AGNES. Les communautés émergentes devraient suivre ces standards lorsque cela est possible. Swisstopo devrait conduire et coordonner la communauté GNSS aux échelles nationales et internationales, comme par exemple avec EPOS. 6.Swisstopo devrait continuer à assurer la responsabilité de l’établissement du centre national de données pour le traitement et l’analyse centralisée des données GNSS, en incluant les produits temps-réel et l’archivage permanent des données GNSS de haute qualité du réseau GNSS automatique étendu. 7.Les formats d’échange de données ainsi que les outils de diffusion entre swisstopo et la communauté des utilisateurs finaux doivent être définis. De plus, la politique d’utilisation libre des données à des fins scientifiques doit être poursuivie. 8.Une force d’intervention opérationnelle devrait être établie afin de pouvoir fournir des réponses rapides après un évènement sismique significatif. Des équipements et des ressources devraient être alloués en définissant clairement la répartition des responsabilités. 9.Les campagnes de mesures périodiques du réseau MN95 de swisstopo devraient être continuées et répétées suivant un intervalle de temps maximal de six ans entre deux mesures. Numéro de notice : 17457 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Recueil / ouvrage collectif En ligne : https://www.sgc.ethz.ch/sgc-volumes/sgk-100.pdf Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=89682

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Code-barres	Cote	Support	Localisation	Section	Disponibilité
17457-01	30.10	Livre	Centre de documentation	Géodésie	Disponible

Theoretical and practical aspects of high-rate GNSS geodetic observations / Simon Häberling (2016)  

Public Titre : Theoretical and practical aspects of high-rate GNSS geodetic observations Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Simon Häberling, Auteur Editeur : Zurich : Schweizerischen Geodatischen Kommission / Commission Géodésique Suisse Année de publication : 2016 Autre Editeur : Zurich : Eidgenossische Technische Hochschule ETH - Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich EPFZ Collection : Geodätisch-Geophysikalische Arbeiten in der Schweiz, ISSN 0257-1722 num. 95 Importance : 212 p. Format : 21 x 30 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-908440-41-3 Note générale : bibliographie thesis submitted to attain the degree of doctor of sciences of ETH Zurich Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie spatiale [Termes IGN] bruit thermique [Termes IGN] erreur de positionnement [Termes IGN] filtrage du signal [Termes IGN] fréquence [Termes IGN] onde sismique [Termes IGN] phase [Termes IGN] source d'erreur Index. décimale : 30.61 Systèmes de Positionnement par Satellites du GNSS Résumé : (auteur) The main goal of the thesis is the thorough investigation and quantification of GNSS observation errors in the frequency range above 1 Hz while going to the limit of the actual receiver technology with sampling rates up to 100 sps. The potential GNSS errors in this high-frequency band are mainly caused by receiver internal error sources. Due to theoretical considerations and empirical results derived from GNSS observations of almost all available carrier signals, the carrier jitter induced by thermal noise and the receiver frequency response produced by highly dynamic motions could be detected as the two most dominant disturbances affecting high-rate GNSS observations above 1 Hz. The zero-baseline configuration (splitting the signal from one antenna to two receivers) allowed a detailed study of the carrier phase jitter and correlations between subsequent epochs dependent on different GNSS signal characteristics and baseband parameters. The size of the carrier phase jitter is directly determined by the carrier-to-noise density ratio at baseband and the corresponding loop bandwidth. Especially encrypted code sequences have a strong influence on the quality of the corresponding carrier phase component due to signal strength consuming decryption algorithms. The final consequences are a higher carrier jitter and a stronger frequency response due to the necessary PLL guiding by the strong loop signals such as GPS L1 derived from the C/A component. The impact of this higher carrier phase jitter plays a dominant role for the overall noise in the highfrequency spectrum while building the ionosphere-free linear combination. This has been demonstrated using a zero-baseline, but also a 10 m and 110 km baseline. The carrier phase jitter induced by thermal noise defines the noise level above 1 Hz. This high-frequency noise is therefore baseline independent. No significant differences between a baseline of 10 m and 110 km could be detected considering the signal spectrum between 0.01 Hz and 50 Hz. For the determination and analysis of the GNSS errors caused by high-frequency motions an experimental setup has been established consisting of a single-axis shake table as motion generator and of a well-known ground-truth defined by inductive displacement transducers. The ground-truth was validated by a strong motion seismometer with a flat frequency response carried on the shake table. With an additional precise time synchronization between all the sensors, the experiment with a mounted GNSS antenna on the shake table enabled the determination of the GNSS receiver frequency response between 1 and 20 Hz. Using different receiver types and PLL bandwidths, the amplitudes even at 3 Hz can be overestimated by about 50%, above 10 Hz also an overestimation can be observed or a reduction by well over half of the amplitude. Not only the amplitude is affected, but also the signal phase with errors between 30 and 90 degrees. This demonstrates the importance of a detailed knowledge of the loop parameters for an assessment of the expected errors, but also for applying an inverse filter in order to correct the GNSS receiver frequency response based on a simple digital PLL model. These results are relevant for all applications with strong dynamics using high-rate GNSS, such as structural health monitoring, machine guidance, navigation, and ionosphere scintillation studies. Further, seismological implications and the potential contribution of high-rate GNSS to seismology has been evaluated. Based on a moderate synthetic earthquake expected for Switzerland generated on the shake table, the sensitivity of high-rate GPS to highfrequency seismic signals using a realistic baseline length could be tested. Additionally, the receiver response has been simulated for real earthquakes in order to demonstrate the displacement errors caused by the response. Note de contenu : 1- Introduction 2- GNSS Signal Structure 3- GNSS Receiver Architecture 4- Carrier Tracking Modeling 5- Analysis of the GNSS Signal Noise 6- Shake Table Experiments 7- GNSS Receiver Response 8- Implications on Seismology and other Applications 9- Conclusions and Outlook Numéro de notice : 17461 Affiliation des auteurs : non IGN Autre URL associée : https://doi.org/10.3929/ethz-a-010592866 Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse étrangère Note de thèse : thèse : Sciences : ETHZ : 2015 DOI : 10.3929/ethz-a-010592866 En ligne : https://www.sgc.ethz.ch/sgc-volumes/sgk-95.pdf Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=89687

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17461-01	30.61	Livre	Centre de documentation	Géodésie	Disponible

Assessment of high-rate GPS using a single-axis shake table / Simon Häberling in Journal of geodesy, vol 89 n° 7 (July 2015)  

Public [article]  inJournal of geodesy > vol 89 n° 7 (July 2015) . - pp 697 - 709 Titre : Assessment of high-rate GPS using a single-axis shake table Type de document : Article/Communication Auteurs : Simon Häberling, Auteur ; Markus Rothacher, Auteur ; Y. Zhang, Auteur Année de publication : 2015 Article en page(s) : pp 697 - 709 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] antenne GNSS [Termes IGN] bruit thermique [Termes IGN] phase [Termes IGN] réalité de terrain [Termes IGN] récepteur GNSS [Termes IGN] sismographe Résumé : (auteur) The developments in GNSS receiver and antenna technologies, especially the increased sampling rate up to 100 sps, open up the possibility to measure high-rate earthquake ground motions with GNSS. In this paper we focus on the GPS errors in the frequency band above 1 Hz. The dominant error sources are mainly the carrier phase jitter caused by thermal noise and the stress error caused by the dynamics, e.g. antenna motions. To generate a large set of different motions, we used a single-axis shake table, where a GNSS antenna and a strong motion seismometer were mounted with a well-known ground truth. The generated motions were recorded with three different GNSS receivers with sampling rates up to 100 sps and different receiver baseband parameters. The baseband parameters directly dictate the carrier phase jitter and the correlations between subsequent epochs. A narrow loop filter bandwidth keeps the carrier phase jitter on a low level, but has an extreme impact on the receiver response for motions above 1 Hz. The amplitudes above 3 Hz are overestimated up to 50 % or reduced by well over half. The corresponding phase errors are between 30 and 90 degrees. Compared to the GNSS receiver response, the strong motion seismometer measurements do not show any amplitude or phase variations for the frequency range from 1 to 20 Hz. Due to the large errors for dynamic GNSS measurements, it is essential to account for the baseband parameters of the GNSS receivers if high-rate GNSS is to become a valuable tool for seismic displacement measurements above 1 Hz. Fortunately, the receiver response can be corrected by an inverse filter if the baseband parameters are known. Numéro de notice : A2015-356 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1007/s00190-015-0808-2 En ligne : https://doi.org/10.1007/s00190-015-0808-2 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=76782 [article]