PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

172 8. Neutrosphärische Refraktion
Die VMF stellt eine Verbesserung der nicht-hydrostatischen Komponente der IMF dar, da einzelne nicht allgemeingültige
Annahmen der IMF korrekter behandelt werden und zudem für eine gesteigerte vertikale Auflösung gesorgt
wird. In BÖHM (2004) beschriebene Untersuchungen weisen Verbesserungen für die geschätzte Höhenkomponente
nach.
Daneben sind in ROCKEN ET AL. (2001) und ROCKEN ET AL. (2003) sog. direkte Mapping-Funktionen entwickelt,
welche zeit- und ortsabhängige Refraktionsprofile nummerischer Wettermodelle (z.B. NCEP) zur verbesserten Atmosphärenmodellierung
verwenden, um durch die Bestimmung von für den Messzeitpunkt gültigen Mapping-Funktionen
eine Nutzung von GPS-Daten niedrigster Elevationen zu ermöglichen. Mit der Modellierung der neutrosphärischen
Laufzeitverzögerung basierend auf Vorhersagen, welche aus nummerischen Wettermodellen gewonnen wurden, beschäftigen
sich u.a. PANY ET AL. (2001) oder SCHÜLER (2001). Auch JENSEN ET AL. (2002) bestätigen mit ihren Untersuchungen
das Potential (z.B. Steigerung der Genauigkeit) der Nutzung von Wettermodelldaten. Die Vorgehensweise
ist jedoch eine alternative, da die Verbesserungen an die originären GPS-Beobachtungen angebracht werden
8.7 Erweiterte neutrosphärische Modellbildung
Die in diesem Unterkapitel beschriebene erweiterte Modellbildung für die elektrisch neutrale Atmosphäre ist notwendig,
da v.a. der Einfluss der durch den Wasserdampf dominierten nicht-hydrostatischen Komponente, eingeschränkt
jedoch auch der Einfluss der hydrostatischen Komponente, auf die Ausbreitung von GPS-Signalen unter Verwendung
der im bisherigen Verlauf dieses Kapitels erläuterten empirischen Modelle nur bedingt mit ausreichender Zuverlässigkeit
vorhergesagt werden kann. Dies gilt im Besonderen für die Auswertung von langen Basislinien, die zudem große
Höhendifferenzen aufweisen (KLEIJER 2004) bzw. wenn an den Netzstationen unterschiedliche atmosphärische Bedingungen
herrschen, wodurch die neutrosphärischen Einflüsse durch das Hilfsmittel der differenziellen Auswertung
nicht vollständig eliminiert werden können. Die Modellierung der neutrosphärischen Laufzeitverzögerung unter Verwendung
von empirischen Prädiktionsmodellen kompensiert somit auf Grund von geringen räumlichen Korrelationen
der auf Beobachtungsstationen zeitgleich empfangenen GPS-Signale den Einfluss der Neutrosphäre nicht vollständig.
RAQUET (1998) führt Werte von ca. 1.5 cm für den verbleibenden zenitalen neutrosphärischen Einfluss unter normalen
Bedingungen bei Stationsentfernungen von ca. 70 km an, die Restfehler betragen in kleinräumigen Netzen (Ausdehnung
kleiner 20 km), die zudem geringe Höhenunterschiede (∆H < 100 m) aufweisen, lediglich wenige Millimeter,
wohingegen bei großräumigen Anwendungen und inhomogenen atmosphärischen Bedingungen deutlich größere nicht
modellierte Restfehler verbleiben. Nach COLLINS UND LANGLEY (1997) kann der durch unzureichende Modellprädiktion
verbleibende neutrosphärische Restfehler die größte Fehlerquelle von hochgenauen, mehrfrequenten GPS-
Beobachtungen darstellen. Eine signifikante Verbesserung der GPS-Auswertung bspw. bei der Festsetzung der
Phasenmehrdeutigkeiten ist jedoch möglich, wenn das funktionale Modell zur Elimination dieses Restfehlereinflusses
um neutrosphärische Zusatzparameter erweitert wird. Hierbei können im Rahmen des überbestimmten Ausgleichungsprozesses
entweder a priori unbekannte neutrosphärische Zusatzparameter geschätzt werden oder es kann durch externe
Zusatzinformationen versucht werden, diesem Problem entgegen zu wirken.
Die in diesem Unterkapitel abschließend erarbeitete Strategie zur Modellierung der Einflüsse der elektrisch neutralen
Erdatmosphäre wird unter Berücksichtigung der in den vorhergehenden Kapiteln gewonnenen Erkenntnissen angewandt,
um die vorliegenden GPS-Beobachtungsdaten auszuwerten. Diese Kampagnenauswertungen bilden die
Grundlage der in Kapitel 9 beschriebenen deformationsanalytischen Betrachtung des Gebiets der Antarktischen Halbinsel.
8.7.1 Absolute und relative neutrosphärische Fehler
Im Kontext der hier behandelten differenziellen GPS-Auswertung werden in der Fachliteratur (z.B. BEUTLER ET AL.
(1988)) häufig die Begriffe absoluter und relativer (zenitaler) Neutrosphärenfehler gebraucht, um den Einfluss der
Neutrosphäre auf die ermittelten Stationskoordinaten zu beschreiben.
Absolute Neutrosphärenfehler subsummieren Laufzeitfehler, die an Stationen einer Basislinie bzw. eines Netzes
identisch sind. Die Modellierung des Einflusses der Neutrosphäre ist in einem solchen Fall generell fehlerhaft. Dieser
Fehler kann als arithmetisches Mittel der neutrosphärischen Fehler bspw. in Zenitrichtung interpretiert werden. Der
Einfluss auf die differenzielle Koordinatenbestimmung ist sehr klein und kann bei kleinräumigen Netzen vollständig
vernachlässigt werden. I.Allg. ergibt sich aus einem absoluten zenitalen Fehler von 10 cm ein Skalierungsfehler von ca.
0.05 ppm. Dieser absolute Fehler verlängert im Falle der Neutrosphäre die Basislinien. Absolute ionosphärische Fehler
ziehen, im Gegensatz dazu, verkürzte Basislinien nach sich.