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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

26 Verarbeitungsstufe

26 Verarbeitungsstufe Kurzbeschreibung der Daten 2 GNSS-Radiookkultation Stufe 0 (Level 0) wissenschaftlicher Datenstrom des Satelliten (GPS- Messungen und Daten der anderen wissenschaftlichen Instrumente) Stufe 1 (Level 1) Stufe 2 (Level 2) Stufe 3 (Level 3) 50 Hz GPS-Okkultationsdaten (L1, L2) des GPS/MET- Empfängers, 1 Hz Bodendaten (LC) des GPS-Bodennetzes, Orbitdaten der GPS- und des GPS/MET-Satelliten Atmosphärische Phasenwegverlängerung für jede Okkultation mit den zugehörigen Orbitinformationen im inertialen Koordinatensystem, Okkultationstabellen Vertikalprofile atmosphärischer Parameter (Brechungswinkel, Refraktivität, atmosphärische Dichte, Trockentemperatur, spezifische Feuchte) Tab. 2.2: Struktur der von UCAR zur Verfügung gestellten GPS/MET-Daten und -Prozessierungsergebnisse. Abb. 2.4: Signalstärke (Signal zu Rauschverhältnis, SNR) der beiden Phasensignale (L1, L2) während zweier GPS/MET-Okkultationen. Links: AS deaktiviert; Rechts: AS aktiviert. wurden die GPS/MET-Daten schon im Vorfeld des Experimentes genutzt, um dessen Leistungsfähigkeit zu testen [Wickert et al., 2001a]. Das GPS/MET-Experiment verlief sehr erfolgreich. Erstmals wurde ein umfangreicher Datensatz eines neuartigen Messverfahrens für die Atmosphärenforschung bereitgestellt. Weiterhin konnten wichtige Erfahrungen über Eigenschaften und Verhalten der Okkultationssignale gewonnen werden. Diese Erfahrungen ermöglichten die Entwicklung einer neuen GPS-Empfängergeneration („BlackJack“, TRSR-2), die auch auf CHAMP eingesetzt wird. Allerdings mussten bei der Realisierung des GPS/MET-Experiments folgende Einschränkungen in Kauf genommen werden: - gute Datenqualität nur in Perioden mit deaktiviertem AS (Kap. 2.2.1) vorhanden, Signalstärke auf L2 mit aktiviertem AS um Faktor 10 verringert (Abb. 2.4), die

2.4 Zukünftige Okkultationsmissionen Auswertung konzentrierte sich auf Perioden mit deaktiviertem AS (Prime Times, Tab. 6.3); - Verwendung nur einer, relativ leistungsschwachen (low gain) Antenne, die Signale der GPS-Satelliten für die Orbitbestimmung und Okkultationssignale empfing, keine spezielle Antenne zum Empfang der Okkultationssignale; - keine spezielle GPS-Empfängersoftware für den Signalempfang in der unteren Troposphäre (Kap. 3.3.8). 2.4 Zukünftige GNSS-Okkultationsmissionen Als Ergebnis der erfolgreichen GPS/MET-Mission entstanden eine Reihe internationaler Satellitenprojekte, bei denen der Einsatz der GPS-Radiookkultatiostechnik geplant ist bzw. war. Als unmittelbare Nachfolgeprojekte wurden der dänische ∅rsted- und der südafrikanische SUNSAT-Satellit gemeinsam am 23. Februar 1999 (10:29 UTC; Vandenberg; 34,8°Nord, 120,5°West) gestartet. An Bord beider Satelliten befand sich der TRSR-1-GPS- Empfänger, der auch bei GPS/MET eingesetzt wurde. Bei diesen Missionen gab es jedoch durch geringe Datenqualität Schwierigkeiten mit der Datenanalyse [Yunck et al., 2000]. Die nächste Generation des JPL-GPS-Empfängers („BlackJack“, TRSR-2 und -3) befindet sich nicht nur an Bord des CHAMP-Satelliten (TRSR-2, Kap. 4.3.2) sondern auch an Bord des argentinischen SAC-C-Satelliten (TRSR-3, Start am 21.11.2000, 18:24 UTC; Vandenberg). SAC-C besitzt zwei Okkultationsantennen, die in Flugrichtung und entgegengesetzt zur Flugrichtung weisen. Zusätzlich und analog zu CHAMP (Kap. 4.3.2) ist eine nadirgerichtete Antenne vorhanden, mit der von Meeres- oder Eisoberflächen reflektierte GPS-Signale empfangen werden können. Dies bildet die Basis für eine Pilotstudie zur GPS-Altimetrie bzw. Scatterometrie (u.a. [Beyerle und Hocke, 2001; Garrison und Katzberg, 2000; Komjathy et al., 1999; Ruffini et al., 1999]). SAC-C soll mit der in Flugrichtung weisenden Antenne erstmals Signale von sogenannten "aufgehenden" Okkultationen empfangen. Bei der US-amerikanisch-deutschen Schwerefeldmission GRACE (Doppelsatellitenmission, derzeit geplanter Start Februar 2002) wird ebenfalls der bei CHAMP und SAC-C benutzte „Blackjack“-GPS-Empfänger eingesetzt. GRACE wird ebenso wie SAC-C über zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Okkultationsantennen verfügen. Der Start der acht Satelliten der US-amerikanisch-taiwanesischen COSMIC-Mission [Rocken et al., 2000] war ursprünglich für das Jahr 2003 vorgesehen. COSMIC sollte in dieser Konstellation ca. 4.000 global verteilte GPS-Atmosphärensondierungen täglich durchführen. Derzeit ist der Start der Mission für das Frühjahr 2005 mit sechs Satelliten für eine Missionsdauer von 5 Jahren vorgesehen [COSMIC, 2001]. Die EUMETSAT plant ein System polarumlaufender, operationell betriebener meteorologischer Satelliten (EPS oder auch METOP). Der Start des ersten von derzeit drei geplanten Satelliten ist für das Jahr 2004 vorgesehen. Die METOP-Satelliten werden erstmals mit einem komplett in Europa entwickelten GPS-Empfänger (mit Fähigkeit zur Aufzeichnung von Okkultationen) der Firma SAAB Ericsson (GRAS, GNSS Receiver for Atmospheric 27

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