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2. Detektion und Korrektur von Cycle Slips
2. Detektion und Korrektur von Cycle Slips
Im Rahmen der Rekonstruktion der dreidimensionalen Elektronendichteverteilung der
Topside-Ionosphäre erfolgt eine Qualitätssicherung der GPS-Phasenmessungen. Diese
umfasst unter anderem die Detektion und Korrektur von fehlerhaften Einzelmessungen
und Cycle Slips. Der folgende Teil der Arbeit beschreibt gängige Verfahren der Cycle
Slip Detektion und Korrektur sowie deren softwaretechnische Umsetzung in Matlab. Anschließend
werden die beschriebenen Verfahren innerhalb einer Testumgebung hinsichtlich
ihrer Nutzbarkeit für die Qualitätssicherung von GPS-Messungen an Board eines
LEO-Satelliten geprüft.
2.1. Definition und Ursachen von Cycle Slips
Zur Einführung in die Thematik soll das Verfahren zur Erzeugung von GPS-Trägerphasenmessungen
nach Bauer (2011, Anhang G) skizziert werden. Prinzipiell ergibt sich
die Entfernung zwischen GPS-Sender und GPS-Empfänger aus der Summe ganzer Wellenlängen
und eines Reststücks einer Wellenlänge. Der erste Schritt in der Erzeugung
von GPS-Trägerphasenmessungen umfasst die Demodulation des im Empfänger eingehenden
L1- oder L2-Signals. Der zweite Schritt besteht in der Erzeugung einer Kopie der
demodulierten Trägerfrequenz durch einen Oszillator im Empfänger selbst. Diese Vorgänge
werden als Signalakquisition bezeichnet. Die eigentliche Messgröße ist die Differenz
der Phasenlage des demodulierten Signals ΦS mit der Phasenlage des im Empfänger
erzeugten Referenzsignals ΦE. Dementsprechend handelt es sich zunächst lediglich um
eine relative Messung der Phasenverschiebung. Die absolute Anzahl von Phasen, um die
sich beide Wellenzüge unterscheiden ist unbekannt und wird als Phasenmehrdeutigkeitsparameter
N bezeichnet. Somit ergibt sich für die GPS-Trägerphasenmessung Φ zum
Zeitpunkt t0 := t = 0, also dem Abschluss der Signalakquisition:
Φ(t0) =ΦS(t0) − ΦE(t0)+N(t0) (21)
Sofern keine Signalunterbrechung zwischen GPS-Satellit und GPS-Empfänger auftritt,
ist N konstant und kann mithilfe numerischer Methoden und eines bei Messbeginn initia-
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