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1.3. Fernerkundung der Ionosphäre mit GNSS-Messungen Abbildung 8: Darstellung der Messkonstellation der GRACE-Mission zur Bestimmung des Erdschwerefeldes und der Fernerkundung der Erdatmosphäre. Nach CSR (2012). Abbildung 9: Darstellung des Erdschweremodells. Auf Grund seiner Form wird die grafisch stark überhöhte Darstellung des Geoids oft als Postdamer Kartoffel bezeichnet. Nach ESA (2003). 14
1.3.4. Messprinzip 1.3. Fernerkundung der Ionosphäre mit GNSS-Messungen Der bereits in Abschnitt 1.2 beschriebene dispersive Charakter der Ionosphäre bezüglich elektromagnetischer Strahlung bis zu Frequenzen von etwa 10 GHz ermöglicht prinzipiell die Fernerkundung der Ionosphäre durch die Analyse transionosphärischer Signale verschiedener Frequenzen. Heise (2002) beschreibt ein automatisiertes Fernerkundungsverfahren der Topside-Ionosphäre mithilfe von GPS-Messungen an Board des LEO-Satelliten CHAMP. Abbildung 10 auf Seite 16 visualisiert die Messkonstellation des Verfahrens. Grundlage des Verfahrens bilden die Beobachtungsgleichungen für GPS-Codemessungen und GPS-Trägerphasenmessungen auf den Trägerfrequenzen L1 und L2. Die Beobach- tungsgleichung für GPS-Codemessungen P E S fänger E ist wie folgt definiert: zwischen einem Sender S und einem Emp- P E S = ρ E S + c(ΔtS − ΔtE)+Δ Tropo +Δ Iono Code + c(Δ Bias S +Δ Bias E )P + εP (15) Hierbei entspricht ρE S der geometrischen Distanz zwischen Sender S und Empfänger E. Die Abweichungen der Sender- beziehungsweise Empfängeruhr von der GPS-Systemzeit werden durch den Term c(ΔtS − ΔtE) modelliert. Eine Modellierung atmosphärischer Ausbreitungseffekte erfolgt durch die Terme ΔTropo für den Ausbreitungsfehler in der Troposphäre und ΔIono Code für den Ausbreitungsfehler in der Ionosphäre. Neben den bereits beschriebenen Komponenten treten darüber hinaus hardwarebedingte Laufzeitverzöge- rungen – sogenannte instrumentelle Biases – in Erscheinung. Diese können in Größenordnungen mehrerer Nanosekunden sowohl beim Sender als auch beim Empfänger auftreten und werden durch den Term c(Δ Bias S +ΔBias E )P modelliert. Als Ursache gelten beispielsweise Zeitverzögerungen in der Signalverarbeitung respektive bei der Generierung oder Demodulation der Signale. Der Term εP beschreibt im Wesentlichen Multipath-Effekte sowie thermisches Rauschen. Für GPS-Trägerphasenmessungen L E S chung 15: gilt analog zu Glei- L E S := λ · Φ=ρ E S + c(ΔtS − ΔtE)+Δ Tropo +Δ Iono Phase + λN + c(Δ Bias S +Δ Bias E )L + εL (16) Somit gelten hier zunächst die Definitionen der jeweilig äquivalenten Terme aus Gleichung 15. Darüber hinaus enthält Gleichung 16 den Mehrdeutigkeitsparameter N. Die Ursache dafür wird in Abschnitt 2.1 erläutert. Im Folgenden werden Code- beziehungsweise Trägerphasenmessungen zwischen LEO-Satellit und GPS-Satellit entsprechend der 15
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Differenz des LEO−Bias in TECU 3
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Literatur Jakowski, N., C. Borries,
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A. Abbildungen und Tabellen
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