Ionosphärenmodellierung aus GPS-Radiookkultationen und komplementären Daten basierend auf B-Splines
Dokumentinformationen
| Autor | Marco Limberger |
| Schule | Technische Universität München |
| Fachrichtung | Geo Umwelt |
| Veröffentlichungsjahr | 2015 |
| Unternehmen | Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften |
| Ort | München |
| Dokumenttyp | Dissertation |
| Sprache | German |
| Seitenanzahl | 180 |
| Format | |
| Größe | 34.88 MB |
- Ionosphärenmodellierung
- GPS-Radiookkultationen
- B-Splines
Zusammenfassung
I. Einleitung Ionosphärenmodellierung und beobachtung
Die Ionosphäre, ein Bereich der oberen Erdatmosphäre, beeinflusst die Ausbreitung elektromagnetischer Signale. Die Modellierung dieser Schicht ist entscheidend für Anwendungen wie Satellitennavigation und -kommunikation. GPS-Radiookkultationen bieten wertvolle Daten zur Bestimmung der Elektronendichte. Diese Dissertation untersucht die Ionosphärenmodellierung unter Verwendung von GPS-Radiookkultationen und ergänzenden Daten. B-Splines dienen als Basisfunktionen zur flexiblen Darstellung der Elektronendichteverteilung. "Die Variation der ionosphärischen Elektronendichte wird durch Partikelemissionen der Sonne angetrieben." Dieses Zitat verdeutlicht den Einfluss der Sonnenaktivität. Die Arbeit zielt auf verbesserte Modellierungsansätze zur genaueren Beschreibung der Ionosphäre. Die Kombination verschiedener Datenquellen wie GNSS, DORIS und Radaraltimetrie ermöglicht eine umfassende Analyse. Die Wahl von B-Splines erlaubt eine adaptive Anpassung an die heterogene Datenverteilung.
1.1 Bedeutung der Ionosphärenmodellierung
Die Ionosphäre beeinflusst die Ausbreitung von Radiowellen. Genaue Modelle sind für präzise Positionsbestimmung und Kommunikationsanwendungen unerlässlich. Ionosphärische Störungen können zu Signalverzögerungen und -verfälschungen führen. Die Modellierung hilft, diese Effekte zu korrigieren und die Zuverlässigkeit von Systemen zu verbessern. Die Elektronendichte ist ein Schlüsselparameter zur Beschreibung des Ionosphärenzustands. Veränderungen in der Elektronendichte beeinflussen die Brechung von Radiowellen. Die Modellierung ermöglicht die Vorhersage von Ionosphärenbedingungen und die Optimierung von Systemen.
1.2 GPS Radiookkultationen und komplementäre Daten
GPS-Radiookkultationen liefern präzise Messungen der Elektronendichteprofile. Die Kombination mit GNSS, DORIS und Radaraltimetrie erweitert die Datenbasis. GNSS und DORIS liefern Informationen über den totalen Elektronengehalt (TEC). Radaraltimetrie misst den vertikalen TEC über Wasserflächen. Die Integration verschiedener Datenquellen verbessert die räumliche und zeitliche Auflösung der Ionosphärenmodelle. Die Berücksichtigung der individuellen Stärken jeder Messtechnik optimiert die Modellierung. "Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ableitung ionosphärischer Information aus elektromagnetischen Signalen verschiedener, satellitengestützter Beobachtungstechniken." Dieser Auszug unterstreicht den multisensorischen Ansatz der Arbeit.
II. B Splines für die Ionosphärenmodellierung
B-Splines eignen sich zur Darstellung komplexer Funktionen. Sie bieten Flexibilität und ermöglichen eine lokale Anpassung an die Daten. Tensorprodukte aus polynomialen und trigonometrischen B-Splines ermöglichen die mehrdimensionale Parametrisierung der Ionosphäre. Die Wahl der B-Splines beeinflusst die Genauigkeit und Auflösung des Modells. "In dieser Arbeit wurden deshalb Tensor-Produkte aus polynomialen und trigonometrischen B-Splines zur mehrdimensionalen Parametrisierung der Zielgrößen gewählt." Diese Aussage begründet die Wahl der Basisfunktionen. B-Splines ermöglichen die Überbrückung von Datenlücken und die lokale Zuordnung des Einflusses der Messungen.
2.1 Vorteile von B Splines
B-Splines bieten eine flexible und effiziente Darstellung der Elektronendichte. Sie ermöglichen die Anpassung an komplexe Strukturen und Gradienten in der Ionosphäre. Die lokale Unterstützung der B-Splines minimiert den Einfluss von Datenfehlern auf das gesamte Modell. Die Berechnung mit B-Splines ist numerisch stabil und effizient. Die B-Spline-Basis kann an die spezifischen Anforderungen der Ionosphärenmodellierung angepasst werden.
2.2 Tensorprodukte und mehrdimensionale Parametrisierung
Tensorprodukte von B-Splines ermöglichen die Modellierung der Elektronendichte in mehreren Dimensionen. Die Parametrisierung berücksichtigt die räumliche und zeitliche Variabilität der Ionosphäre. Die Verwendung von Tensorprodukten vereinfacht die Implementierung und Berechnung des Modells. Die Flexibilität der B-Splines erlaubt die Anpassung an unterschiedliche Datenverteilungen und -dichten. Die mehrdimensionale Parametrisierung ermöglicht eine realistische Darstellung der komplexen Ionosphärendynamik.
Dokumentreferenz
- Limberger et al. (2013) (Limberger et al.)
- Limberger et al. (2014) (Limberger et al.)
- Limberger et al. (2015) (Limberger et al.)
- Dettmering et al. (2014b) (Dettmering et al.)
- Liang et al. (2014) (Liang et al.)