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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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44 CHAMP-Satellit 3

44 CHAMP-Satellit 3 Prozessierung von GNSS-Radiookkultationsdaten Die Korrektur der Lage des Phasenzentrums der CHAMP-Radiookkultationsantenne erfolgt in einem satellitenfesten Bezugssystem, das wie in (Abb. 3.9) definiert ist: ez r Einheitsvektor vom Massenmittelpunkt des Satelliten zum Geozentrum; ex r Einheitsvektor in Flugrichtung des Satelliten; ey r Einheitsvektor orthogonal zu z entsteht. e r und ex r , so dass ein rechtsdrehendes System Abb. 3.9: Satellitenfestes Bezugssystem des CHAMP-Satelliten zur Korrektur der Abweichung der Lage des Phasenzentrums der GPS-Okkultationsantenne vom Massenmittelpunkt. Die Lage des Phasenzentrums der GPS-Okkultationsantenne relativ zum Massenmittelpunkt des Satelliten ist gegeben durch [Lühr et al., 2001]: rpc r = -1,6431 ex r -0,0646 ez r [m]. (3.39) Einfluss der Fluglageänderung auf CHAMP-Okkultationsmessungen Die entscheidende Größe für die Ableitung des atmosphärischen Brechungswinkels ist die zeitliche Änderung der atmosphärischen Phasenwegverlängerung zwischen GPS-Okkultations- und CHAMP-Satellit während der Okkultation (Kap. 3.3.1). Diese wird aus der Dopplerverschiebung der GPS-Signale (abgeleitet aus den präzisen Phasenmessungen) nach Korrektur der Relativgeschwindigkeit der Satelliten mit der präzisen Bahninformation ermittelt. Die bereitgestellte Bahninformation ist auf die jeweiligen Massenmittelpunkte der Satelliten bezogen (Kap. 5.3). Änderungen der Fluglage des CHAMP- Satelliten können jedoch ebenfalls einen Beitrag zur Änderung der Relativgeschwindigkeit verursachen, wenn die Lage des Phasenzentrums der Okkultationsantenne nicht mit dem Massenmittelpunkt identisch ist (Abb. 3.10).

3.2 Doppeldifferenzenmethode Abb. 3.10: Zur Verfälschung der abgeleiteten Phasenwegverlängerung durch Lageänderungen des CHAMP-Satelliten (PZA .. Phasenzentrum der Okkultationsantenne, MMP .. Massenmittelpunkt). Die absolute Entfernung a zwischen Phasenzentrum der Antenne (PZA) und Massenmittelpunkt des Satelliten (MMP) kann aus (3.39) berechnet werden. Es ergibt sich eine Entfernung von 1,6444 m. Weiterhin ergeben sich für die Winkel α und β (ebenfalls aus den Konstruktionszeichnungen des CHAMP-Satelliten abgeleitet) Werte von ca. 3 bzw. 22°. Die Projektion von a auf die geradlinige Verbindung zum GPS-Satelliten ist somit cos(25°)×1,6444 m, also 1,4903 m. Ändert sich die Fluglage des Satelliten, entspricht das einer Änderung der Länge der Projektion von a auf die geradlinige Entfernung zum GPS-Satelliten. Erfolgt die Lageänderung entsprechend schnell, kommt es zu einer zusätzlichen Relativbewegung (zusätzlich zur Bewegung des Massenmittelpunktes der Antenne) des Phasenzentrums der Antenne zum GPS-Satelliten. Tab. 3.2 gibt einen Überblick über den Zusammenhang von Drehrate und resultierender Relativbewegung des Phasenzentrums der CHAMP-Okkultationsantenne zum GPS-Satelliten. Drehrate (°/s) Relativbewegung (mm/s) 1 11,3 0,1 1,2 0,01 0,1 Tab. 3.2: Zusammenhang zwischen Drehrate von CHAMP um die y-Achse des Satelliten- Koordinatensystems und daraus resultierender Relativbewegung des Phasenzentrums der GPS-Okkultationsantenne zum GPS-Okkultationssatelliten. 45

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