Gravitationsfeldbestimmung aus der Analyse kurzer Bahnbögen am Beispiel der Satellitenmissionen CHAMP und GRACE

Gravitationsfeldbestimmung aus der Analyse kurzer Bahnbögen am Beispiel der Satellitenmissionen CHAMP und GRACE

Aktualisiert am:16/01/2025

Dokumentinformationen

Autor

Torsten Mayer-Gürr

Schule

Rheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn

Fachrichtung Geodäsie und Geoinformation
Veröffentlichungsjahr 2006
Ort Bonn
Dokumenttyp dissertation
Sprache German
Seitenanzahl 115
Format
Größe 5.19 MB
  • Gravitationsfeldbestimmung
  • Satellitenmissionen
  • Geodäsie

Zusammenfassung

I. Einleitung

Die Gravitationsfeldbestimmung ist ein zentrales Thema in der Geodäsie und Geoinformation. Diese Dissertation untersucht die Analyse kurzer Bahnbögen im Kontext der Satellitenmissionen CHAMP und GRACE. Die Arbeit zielt darauf ab, die Methoden zur Bestimmung des Gravitationsfeldes zu verbessern, indem die hohe Datenrate dieser Satellitenmissionen genutzt wird. Die hohe Datenrate ermöglicht die Auswertung von kurzen Bahnbögen, die für regionale Gravitationsfeldanalysen erforderlich sind. Die Dissertation stellt fest, dass die Ansätze für die low-low-SST-Beobachtungen noch nicht die erforderliche Genauigkeit erreicht haben. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, hochgenaue Relativmessungen mit weniger genauen GPS-Daten zu kombinieren. Ein neuer Ansatz, der Integralgleichungsansatz, wird entwickelt, um diese Herausforderungen zu adressieren.

II. Überblick über die Satellitenmissionen CHAMP und GRACE

Die Satellitenmissionen CHAMP und GRACE sind entscheidend für die Gravitationsfeldbestimmung. CHAMP, gestartet im Jahr 2000, bietet präzise Daten zur Erdgravitation. GRACE, das 2002 gestartet wurde, nutzt zwei Satelliten, die in einer Formation fliegen, um Änderungen im Gravitationsfeld zu messen. Diese Missionen ermöglichen eine detaillierte Analyse der Erdgravitation und deren zeitlichen Veränderungen. Die Dissertation hebt hervor, dass die hohe Samplingrate dieser Satellitenmissionen eine wesentliche Voraussetzung für die Analyse kurzer Bahnbögen darstellt. Die Unterschiede zwischen den low-low-SST- und hi-low-SST-Prinzipien werden ebenfalls diskutiert. Diese Unterscheidung ist wichtig, um die verschiedenen Ansätze zur Gravitationsfeldbestimmung zu verstehen und deren Genauigkeit zu bewerten.

2.1 Die Satellitenmission CHAMP

CHAMP ist mit verschiedenen Instrumenten ausgestattet, die präzise Messungen der Erdgravitation ermöglichen. Die Vorverarbeitung der Daten ist entscheidend, um die Genauigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Die Dissertation beschreibt die technischen Details und die Herausforderungen, die mit der Datenverarbeitung verbunden sind. Die Ergebnisse der CHAMP-Mission haben bedeutende Fortschritte in der Geodäsie ermöglicht und dienen als Grundlage für weitere Forschungen.

2.2 Die Satellitenmission GRACE

GRACE revolutionierte die Gravitationsfeldmessung durch die Verwendung von zwei Satelliten, die in einer engen Formation fliegen. Diese Mission ermöglicht es, Änderungen im Gravitationsfeld über Zeit zu verfolgen. Die Dissertation analysiert die Instrumentierung und die Methodik, die bei GRACE verwendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass GRACE eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung von Gravitationsanomalien bietet, was für die Geowissenschaften von großer Bedeutung ist.

III. Modellbildung

Die Dissertation behandelt die Modellbildung für die Gravitationsfeldbestimmung. Physikalische Modelle sind entscheidend, um die Kräfte zu verstehen, die auf Satelliten wirken. Die Dissertation beschreibt die Energieerhaltung und die Bewegungsgleichungen von Satelliten. Diese theoretischen Grundlagen sind notwendig, um die Daten korrekt zu interpretieren. Die Modellierung der Kräftefunktionen ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Die Dissertation hebt hervor, dass die Berücksichtigung von Gezeitenkräften und relativistischen Korrekturen für die Genauigkeit der Modelle unerlässlich ist. Die Transformation zwischen verschiedenen Bezugssystemen wird ebenfalls behandelt, um die Genauigkeit der Gravitationsfeldbestimmung zu verbessern.

3.1 Physikalisches Modell

Das physikalische Modell bildet die Grundlage für die Analyse der Satellitenbewegung. Die Dissertation erklärt die Bedeutung der Energieerhaltung und wie sie in die Berechnungen einfließt. Die Bewegungsgleichungen werden detailliert erläutert, um die Dynamik der Satelliten zu verstehen. Diese theoretischen Konzepte sind entscheidend für die Entwicklung präziser Gravitationsfeldmodelle.

3.2 Modellierung der Kräftefunktionen

Die Modellierung der Kräftefunktionen ist ein komplexer Prozess, der verschiedene physikalische Effekte berücksichtigt. Die Dissertation diskutiert die verschiedenen Funktionale des Gravitationsfeldes und deren Einfluss auf die Satellitenbahnen. Gezeitenkräfte und relativistische Korrekturen werden als wesentliche Faktoren identifiziert, die die Genauigkeit der Gravitationsfeldbestimmung beeinflussen. Diese Erkenntnisse sind für die Entwicklung zukünftiger Modelle von großer Bedeutung.

IV. Aufstellung des Systems der Beobachtungsgleichungen

Die Dissertation beschreibt die Aufstellung des Systems der Beobachtungsgleichungen für die präzise Bahnbestimmung. Der Precise Orbit Determination (POD)-Ansatz wird als Schlüssel zur Verbesserung der Genauigkeit identifiziert. Die Dissertation erläutert die verschiedenen Ansätze zur Berechnung der Bahnen und die Herausforderungen, die dabei auftreten. Der Integralgleichungsansatz wird als innovativer Weg zur Lösung dieser Probleme vorgestellt. Die Dissertation schließt mit einem Vergleich der entwickelten Modelle und deren Validierung mit externen Daten ab. Diese Schritte sind entscheidend, um die Qualität der Gravitationsfeldbestimmung zu gewährleisten.

4.1 Precise Orbit Determination POD

Der POD-Ansatz ist entscheidend für die genaue Bestimmung der Satellitenbahnen. Die Dissertation beschreibt die verschiedenen Methoden, die zur Berechnung der Bahnen verwendet werden. Die Herausforderungen bei der Implementierung dieser Methoden werden ebenfalls diskutiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der POD-Ansatz signifikante Verbesserungen in der Genauigkeit der Gravitationsfeldbestimmung ermöglicht.

4.2 Low Low Satellite to Satellite Tracking SST

Der Low-Low SST-Ansatz wird als eine der vielversprechendsten Methoden zur Gravitationsfeldbestimmung identifiziert. Die Dissertation analysiert die spezifischen Herausforderungen und die erforderlichen Daten für diesen Ansatz. Die Ergebnisse zeigen, dass trotz der Herausforderungen der Low-Low SST-Ansatz das Potenzial hat, die Genauigkeit der Gravitationsfeldbestimmung erheblich zu verbessern.

Dokumentreferenz