TWANGS – Hochfrequente Störsignale in 10 Hz Beschleunigungsmessdaten der GRACE-Satelliten
Dokumentinformationen
| Autor | Nadja Peterseim |
| Schule | Technische Universität München |
| Fachrichtung | Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt |
| Veröffentlichungsjahr | 2014 |
| Unternehmen | Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften |
| Ort | München |
| Dokumenttyp | Dissertation |
| Sprache | German |
| Seitenanzahl | 202 |
| Format | |
| Größe | 10.69 MB |
- Satellitendaten
- Gravitationsfeld
- Beschleunigungsmessung
Zusammenfassung
I. Einführung und Kontext
Die GRACE-Mission dient der hochpräzisen Vermessung des Erdschwerefeldes. Satellitendaten sind essentiell für diese Aufgabe. Trotz der langen Missionsdauer erreicht die Genauigkeit der GRACE-Daten nicht die prognostizierten Werte. Störsignale in den Beschleunigungsmessdaten beeinflussen die Ergebnisse. Die Analyse der 10 Hz Daten des Akzelerometers ist zentral für das Verständnis dieser Signale. Diese Arbeit untersucht die hochfrequenten Störsignale, die als TWANGS bezeichnet werden.
1.1 Bedeutung der GRACE Mission
Die GRACE-Mission liefert wichtige Daten für die Geodäsie, Ozeanographie und Hydrologie. Die präzise Bestimmung des Erdschwerefeldes ermöglicht die Untersuchung von Masseveränderungen auf der Erde. Klimaforschung profitiert von diesen Daten. Die Langzeitbeobachtung des Erdschwerefeldes ist ein wichtiges Ziel der Mission. Die Datenqualität ist entscheidend für die Aussagekraft der Ergebnisse.
1.2 Problematik der Störsignale
Unerklärliche Störsignale, sogenannte TWANGS, beeinträchtigen die Datenqualität. Diese hochfrequenten Signale im Akzelerometer müssen analysiert und verstanden werden. Die Identifikation und Korrektur dieser Störsignale ist notwendig für eine optimale Nutzung der GRACE-Daten. Die Ursachen der TWANGS sind bisher nicht vollständig geklärt. Die vorliegende Arbeit untersucht die Charakteristika und Muster dieser Signale.
II. Charakterisierung der TWANGS
TWANGS sind kurze, hochfrequente Signale in den Beschleunigungsmessdaten. Sie treten in allen drei Achsen des Akzelerometers auf. Die Amplitude ist in der radialen Komponente am größten. TWANGS bestehen aus zwei Hauptpeaks mit entgegengesetzter Ausrichtung. Ein oszillierender Abfall kann folgen. Zwei TWANGS-Typen, positiv und negativ, werden unterschieden.
2.1 Signalform und dauer
Die Signalform der TWANGS ist charakteristisch. Zwei Hauptpeaks mit entgegengesetzter Polarität definieren den TWANG. Die Dauer dieser Peaks beträgt etwa eine halbe Sekunde. Ein oszillierender Abfall kann folgen, abhängig vom Amplitudenverhältnis der Peaks. Die Signaldauer ist wiederholbar. Überlagerungen von TWANGS sind möglich.
2.2 Amplituden und Häufigkeit
Die Amplitude der TWANGS kann bis zu 50 µm/s² in der radialen Komponente erreichen. Die Häufigkeit der TWANGS beträgt bis zu 600 pro Tag und Satellit. Die Amplituden und die Häufigkeit der TWANGS variieren. Die Variabilität der TWANGS ist ein wichtiger Aspekt der Analyse. Die Stärke der TWANGS beeinflusst die Datenqualität der GRACE-Mission.
III. Analysemethoden und Modellierung
Zur Analyse der TWANGS wurde ein Gauß-Filter zur Rekonstruktion der Daten auf 100 Hz verwendet. Ein Modell zur Beschreibung der TWANGS wurde entwickelt. Dieses Modell basiert auf der Ableitung der Gauß-Kurve und einer doppelt gedämpften Schwingung. Eine stückweise Polynomfunktion verbindet die beiden Teile des Modells. Parameter des Modells werden mittels Kleinste-Quadrate-Ausgleichung bestimmt.
3.1 Datenaufbereitung und Filterung
Die 10 Hz Daten des Akzelerometers sind für die Analyse der TWANGS nicht ausreichend. Eine höhere Abtastrate ist erforderlich. Der Gauß-Filter ermöglicht eine Rekonstruktion der Daten auf 100 Hz. Die Filterung der Daten ist ein wichtiger Schritt der Datenaufbereitung. Die 100 Hz Daten erlauben eine detaillierte Analyse der TWANGS.
3.2 Modellentwicklung und Anpassung
Das entwickelte Modell beschreibt die Form der TWANGS. Die Ableitung der Gauß-Kurve modelliert die Peaks. Eine doppelt gedämpfte Schwingung repräsentiert den oszillierenden Abfall. Die Parameter des Modells werden an die Messdaten angepasst. Die Modellparameter erlauben eine quantifizierung der TWANGS.
Dokumentreferenz
- High-frequency disturbing signals in 10 Hz accelerometer data of the GRACE satellites (Peterseim, Nadja)
- GRACE: Gravity Recovery and Climate Experiment
- GRACE Level-1B Data Product Specification Document
- The CHAMP Mission: Gravity, Magnetic and Atmospheric Studies
- A new era of geodetic observing: CHAMP, GRACE and GOCE