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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

38 3 Prozessierung von

38 3 Prozessierung von GNSS-Radiookkultationsdaten fehler in den abgeleiteten Vertikalprofilen angegeben (Abb. 3.4). Demnach verursachen Fehler von 2 mm/s in der Zeitableitung einen Temperaturfehler von 1 K in einer Höhe von 30 km. Zur präzisen Auswertung von Okkultationsmessungen ergeben sich demzufolge Genauigkeitsanforderungen im Bereich von ≤1 mm/s. Temperaturabweichung [K] 0.4 z0 = 10 km 0.3 0.2 0.1 0 −0.1 −0.2 −0.3 −0.4 −0.5 Simulation Beobachtung −4 −2 0 2 Fehler von dA /dt [mm/s] LO −0.5 −1.5 3.2.4 Stabilität der CHAMP-Satellitenuhr Temperaturabweichung [K] 0.5 0 −1 1 z0 = 20 km Simulation Beobachtung −4 −2 0 2 Fehler von dA /dt [mm/s] LO 1.5 z0 = 30 km Simulation Beobachtung −4 −2 0 2 Fehler von dA /dt [mm/s] LO Abb. 3.4: Temperaturfehler als Funktion des Fehlers in der Zeitableitung der atmosphärischen Phasenwegverlängerung. Links: Höhe=10 km; Mitte: 20 km; Rechts: 30 km (nach [Wickert et al., 2001a]). In Abb. 3.5 ist das Zeitverhalten des CHAMP-Satellitenuhrenfehlers über einen Zeitraum von 9 h dargestellt. Dieser wird in 10 s zeitlicher Auflösung im Rahmen der präzisen Satellitenbahnbestimmung für CHAMP bereitgestellt. Erkennbar sind unregelmäßige Instabilitäten in der Größenordnung von mehreren hundert Metern z.T. im Minutenbereich. Abb. 3.5: Relatives zeitliches Verhalten des CHAMP-Satellitenuhrenfehlers (10 s- Uhrenlösungen dargestellt in Längeneinheiten; 7. August 2000). Temperaturabweichung [K] 1 0.5 0 −0.5 −1 −1.5 −2 −2.5 −3

3.2 Doppeldifferenzenmethode Abb. 3.6: Relatives zeitliches Verhalten des CHAMP-Satellitenuhrenfehlers, abgeleitet aus 50 Hz-GPS-Okkultations- und CHAMP- und GPS-Satellitenbahndaten. Berechnet aus Blau: dem Okkultationslink; Rot: dem Referenzlink. Grün: Zeitverhalten der Einfachdifferenz zwischen Okkultations- und Referenzlink. Mit einer einfachen Methode wurde das Kurzzeitverhalten der CHAMP-Satellitenuhr im Sekundenbereich untersucht (Abb. 3.6). Verwendet wurden dazu die 50 Hz-L1-CHAMPi Messungen L1 k (siehe 3.18) der Signale des GPS-Okkultations- bzw. Referenzsatelliten. In der Beobachtungsgleichung für die Phasen (3.18) wurde der geometrische Abstand der i Satelliten ρ k unter Benutzung der präzisen Satellitenbahndaten (GPS-Satellit und CHAMP) berücksichtigt. Die Kurzzeitvariabilität des ionosphärischen i I1 k , troposphä- i rischen T k (Betrachtung von Okkultationsmessungen am oberen Rand der Atmosphäre, ca. i i 100 km) und des relativistischen Anteils cδ r sowie des GPS-Satellitenuhrenfehler cδ i wurde vernachlässigt. Der Mehrdeutigkeitsterm λ 1n1k ist zeitlich konstant. Wird dann (3.18) nach dem Empfängeruhrenfehler cδ k umgestellt, kann dessen Zeitverhalten untersucht werden. Dieses Zeitverhalten ist in Abb. 3.6 dargestellt. Es wurde aus den voneinander unabhängigen Daten des Okkultations- (blau) und Referenzsatelliten (rot) abgeleitet. Beide Kurven weisen ein nahezu identisches Zeitverhalten auf (des CHAMP-Satellitenuhrenfehlers), was zeigt, dass mit der beschriebenen Methode tatsächlich das Verhalten des CHAMP- Satellitenuhrenfehlers charakterisiert werden kann. Es treten recht starke Schwankungen des Satellitenoszillators in der Größenordnung von 1 m/s auf, also einem Bereich, der für eine präzise Atmosphärensondierung (siehe Kap. 3.2.3) unakzeptabel ist. Die grüne Kurve in Abb. 3.6 zeigt das Zeitverhalten der Differenz der Residuen aus den L1-Messungen, die wie oben beschrieben, abgeleitet wurden. Diese Differenz entspricht einer Empfänger-Einfachdifferenz (3.21). In dieser Differenz ist der CHAMP-Satellitenuhrenfehler eliminiert, die Einfachdifferenz ist deutlich zeitstabiler. 39

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