Kinematisches GPS zur Deformationsbestimmung - Beuth ...

2.5.1.1 Erfassung der ionosphärischen Refraktion
Prinzipiell gibt es zwei mögliche Verfahren die notwendigen Korrekturen an den Signalen zu bestimmen:
zum einen durch eine Ableitung aus Zweifrequenzmessungen und zum anderen durch die
Verwendung von Korrekturmodellen. Genauere Korrekturmodelle werden im allgemeinen durch die
Auswertung einer großen Anzahl von Zweifrequenzmessungen gewonnen. Da in den Polarregionen
solche Messungen jedoch nicht in ausreichender Menge vorhanden sind, ist diese Möglichkeit in
unserem Falle nicht gegeben.
2.5.1.2 Zweifrequenzkorrektur
Da der Brechungsindex in der Ionosphäre von der Frequenz des Signals abhängig ist, ergibt sich die
Möglichkeit, ionosphärische Refraktion bei der Verwendung von Zweifrequenzempfängern zu erfassen
(s. auch 2.8.2). Es gilt [Bauer, 2003]:
S 0 =
2
2
f 1
f 2 2 1 − f · c · ∆t f 2
gr1 −
2 f 2 2 1 − f · c · ∆t gr2 (2.4)
2
TEC = 1 2
40, 3 · f 12 · f 2
f 2 2 1 − f · c · (∆t gr2 − ∆t gr1 ) (2.5)
2
Hierbei bezeichnen ∆t gr1 und ∆t gr2 die durch die ionosphärischen Laufzeitfehler verfälschten Gruppenlaufzeiten
zweier Frequenzen f 1 und f 2 . Die beiden zu bestimmenden Unbekannten sind die
Raumstrecke S 0 und der ionosphärische Elektronengehalt TEC.
[Bauer, 2003, Hofmann-Wellenhof, 2001]
2.5.2 Troposphärische Refraktion
Unter der Troposphäre versteht man in Bezug auf GPS-Messungen die unteren 50 km der Atmosphäre,
welche auch als Neutrale Atmosphäre bezeichnet werden, da sie so gut wie keine freien
Elektronen und Ionen enthält. Ursache für die Refraktion ist die Dichte der Gasmoleküle, welche
mit abnehmender Höhe stetig zunimmt. Da die Neutrale Atmosphäre in Bezug auf Mikrowellen kein
dispersives Medium ist, kommt eine Bestimmung der Refraktionseinflüsse auf Grund von Zweifrequenzauswertungen
nicht zum Tragen.
Hopfield (1969) zeigt, dass zur besseren Betrachtung der troposphärischen Refraktion eine Aufteilung
dieser in eine trockene und eine feuchte Komponente sinnvoll ist. Die trockene Komponente steht
hierbei für die trockenen Gase, welche über alle Bereiche recht homogen sind. Die feuchte Komponente
beschreibt den Wasserdampfgehalt, welcher sich zwar nur auf die unteren 11 km erstreckt,
jedoch zeitlich und räumlich sehr stark schwankt. Insgesamt hat die feuchte Komponente auf die
Troposphärische Refraktion allerdings nur einen Anteil von ca. 10 %.
Es gibt verschiedene Ansätze mit Hilfe der Parameter atmosphärischer Druck, Partialdruck, Wasserdampf
und Temperatur einen Refraktionsindex zu bestimmen. Da jedoch eine Bestimmung dieser
Parameter entlang des Signalweges nicht möglich ist, führt man Standardatmosphärenparameter und
-modelle ein. Die bekanntesten Modelle hierbei sind Hopfield (1971) und Saastamoinen (1973), für
lange Basislinien hat sich das Modell von Niell bewährt.
[Bauer, 2003, Hofmann-Wellenhof, 2001] 2
2 http://nssdc.gsfc.nasa.gov/space/model/, Mai 2005
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