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Institut für Erdmessung
Universität Hannover 1
2003
1. Institutsarbeiten, Forschungsprojekte
Integrierte Sensoranalyse am Beispiel von CHAMP
(DFG-Projekt MU 1141/2-2, 2-3)
Die Arbeiten zur integrierten Sensoranalyse wurden erfolgreich
abgeschlossen. Das Forschungsvorhaben diente dazu,
die Leistungsfähigkeit des CHAMP-Satelliten als Ganzes
in seiner Funktion als Schwerefeldsensor beurteilen zu können.
Dazu wurde ein Software-Simulator entwickelt, der
alle Sensoren (GPS-Empfänger, Sternsensoren, Beschleunigungsmesser)
bzw. Aktuatoren (Düsensystem) und deren
wechselseitiges Zusammenspiel simuliert. Die integrale
Kombination der Fehleranteile der verschiedenen Sensoren/
Aktuatoren erlaubte genaue Fehleruntersuchungen. Nach
der Validierung der Simulationssoftware durch Vergleich
mit den tatsächlichen CHAMP-Beobachtungen trugen die
Simulationen wesentlich dazu bei, fehlerhafte Module der
Mission aufzufinden und deren Auswirkung auf die
Missionsziele, die Bestimmung des Gravitationsfeldes der
Erde, zielgerichtet zu untersuchen. Aufgrund der erfolgreichen
Arbeiten in diesem Projekt wurden ähnliche Simulatoren
für die Schwerefeldmissionen GOCE und GRACE
entwickelt.
Auswertung von Lasermessungen zum Mond
Die Arbeiten als Lunar-Analyse-Zentrum im Internationalen
Laser Ranging Service (ILRS) wurden fortgesetzt. Es
wurden insbesondere Überlegungen zu notwendigen Maßnahmen
im Hinblick auf die Genauigkeitssteigerung des
Analysemodells und die bessere Nutzung der Langzeitstabilität
der Mondbeobachtungen angestellt. Es ist geplant,
die wissenschaftlichen Untersuchungen im Rahmen einer
kombinierten Forschungsförderung im Bereich „Erdrotation
und globale dynamische Prozesse“ wieder stärker zu
forcieren.
Satellitengradiometriemission GOCE: Mitarbeit im
Projekt GOCE-GRAND des BMBF-Geotechnologien-
Programms
Kalibrierung und Validierung von satellitengradiometrischen
Messungen der GOCE-Mission (Teilprojekt 6)
GOCE-GRAND (GOCE-GRavitationsfeld-ANalyse
Deutschland) ist ein Zusammenschluss deutscher Institute
zur GOCE-Schwerefeldanalyse, gefördert durch das Geotechnologien-Programm
des BMBF und der DFG. Die ESA-
Mission GOCE (Gravity Field and Steady State Ocean Circulation
Explorer) wird 2006/07 als erste Satellitengradiometriemission
gestartet werden. GOCE ist ausgestattet mit
GPS-Empfängern zum high-low Satellite-to-Satellite Tracking
(SST-hl) und einem dreiachsigen Gravitationsgradiometer
(Satellite Gravity Gradiometry, SGG). Dabei ist eine
Messgenauigkeit im mE-Bereich (1 Eötvös = 10 -9 1/s²)
angestrebt, womit eine Geoidbestimmung mit der Genauigkeit
von 1 cm bzw. eine Genauigkeit von 1 mGal der
Schwereanomalien bei einer räumlichen Auflösung von 100
km auf der Erdoberfläche erreicht werden kann. Basierend
auf den Ergebnissen der Schwerefeldbestimmung werden
neue Anwendungsfelder in der Geodäsie und in vielen
Nachbardisziplinen (z.B. Ozeanographie, Geophysik,
Klimatologie und Glaziologie) erschlossen.
Für die Untersuchungen im Vorfeld stehen simulierte Datensätze
zur Verfügung. Im Rahmen dieses Teilprojektes beschäftigt
sich Dipl.-Ing. K. I. Wolf mit der externen Kalibrierung,
um die Messdaten in der Nachprozessierung mit
dem tatsächlichen Erdschwerefeld in Beziehung zu bringen.
Dazu werden mit Hilfe des Kollokationsverfahrens Gravitationsgradienten
aus vorhandenen terrestrischen Schwereanomalien
bestimmt. Da die Kollokation die Inversion einer
Matrix bzw. die Lösung eines Gleichungssystems mit der
Anzahl der eingeführten Schwereanomalien als Dimension
(z.B. bei 17x17 a 5’ Daten 41.000 Beobachtungen, also
41.000² Matrizenelemente) benötigt, wurde auf Rechenkapazitäten
des Regionalen Rechenzentrums Niedersachsen
zurückgegriffen. Dort steht das Parallelrechensystem Sun
Enterprise 10000 mit 32 Prozessoren zur Verfügung. Zurzeit
wird an der Umstellung auf den Hochleistungsrechner Nord
(IBM pSeries 690) gearbeitet, um die Rechenzeit weiter
zu verkürzen. Die Berechnungsmethode wird durch Vergleich
der Gradienten aus einer Integralformelberechnung
evaluiert; die Gradienten werden als Referenzgrößen zur
Kalibrierung der GOCE-Daten verwendet.
Die kalibrierten GOCE-Messdaten müssen einer Qualitätskontrolle
unterzogen werden, die in erster Linie grobe und
systematische Fehler in den Messdaten aufdecken und eine
Genauigkeitsabschätzung liefern soll. Diese Validierung
wird von Dipl.-Ing. F. Jarecki bearbeitet. Zunächst werden
interne Vergleichsmöglichkeiten der GOCE-Sensoren zur
Validierung herangezogen. Dazu werden z.B. Gradienten
in gleichen Satellitenpositionen, also in Spurkreuzungspunkten
verglichen. Wegen unterschiedlicher Flughöhen
und Gradiometerorientierungen werden Reduktionen benötigt,
die aber – im Gegensatz zur externen Validierung,
bei der komplette Vergleichswerte berechnet werden
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Institut für Erdmessung, Universität Hannover, Schneiderberger Str.50, 30167 Hannover; Fax: +49 511 762-4006, Tel. +49 511 762-2796,
E-mail: denker@ife.uni-hannover.de