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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

vi Inhaltsverzeichnis

vi Inhaltsverzeichnis 3.1.3 Variablen in den GPS-Beobachtungsgleichungen ............................................................................................ 33 3.1.4 Mehrdeutigkeitsterm und Cycle-slips................................................................................................................ 34 3.2 DOPPELDIFFERENZENMETHODE .............................................................................................................. 35 3.2.1 Linearkombination von GPS-Phasenmessungen .............................................................................................. 35 3.2.2 Doppeldifferenzen für GPS-Okkultationsmessungen ........................................................................................ 36 3.2.3 Genauigkeitsanforderungen.............................................................................................................................. 37 3.2.4 Stabilität der CHAMP-Satellitenuhr................................................................................................................. 38 3.2.5 Stabilität der GPS-Satellitenuhren ................................................................................................................... 40 3.2.6 Ionosphärenkalibrierung des Referenzlinks...................................................................................................... 40 3.2.7 Signallaufzeiten ................................................................................................................................................ 41 3.2.8 Relativistische Effekte....................................................................................................................................... 42 3.2.9 Lage der Antennenphasenzentren..................................................................................................................... 42 3.3 ABLEITUNG ATMOSPHÄRISCHER PARAMETER......................................................................................... 46 3.3.1. Ableitung des Brechungswinkels...................................................................................................................... 46 3.3.2 Ellipsoidkorrektur............................................................................................................................................. 48 3.3.3 Ionosphärenkorrektur....................................................................................................................................... 49 3.3.4 Statistische Optimierung des Brechungswinkels............................................................................................... 54 3.3.5 Abel-Transformation und Ableitung der Refraktivität ...................................................................................... 56 3.3.6 Berechnung der atmosphärischen Parameter................................................................................................... 58 3.3.7 Genauigkeit der abgeleiteten Temperaturen..................................................................................................... 62 3.3.8 Datenprozessierung in der unteren Troposphäre ............................................................................................. 63 3.3.9 Horizontale und vertikale Auflösung der Messungen ....................................................................................... 64 4 CHAMP-MISSION ..................................................................................................................... 65 4.1 WISSENSCHAFTLICHE ZIELE ................................................................................................................... 65 4.2 ATMOSPHÄRENSONDIERUNG MIT CHAMP ............................................................................................. 66 4.3 SATELLIT UND WISSENSCHAFTLICHE INSTRUMENTE ............................................................................... 67 4.3.1 CHAMP-Satellit................................................................................................................................................ 67 4.3.2 Wissenschaftliche Instrumente.......................................................................................................................... 67 4.4 CHAMP-MISSIONSBETRIEB ................................................................................................................... 69 4.4.1 Orbit und Missionsdauer .................................................................................................................................. 69 4.4.2 Bodensegment und Datenflüsse ........................................................................................................................ 70 5 CHAMP-OKKULTATIONSEXPERIMENT........................................................................... 71 5.1 SATELLITENDATENEMPFANG UND ROHDATENZENTRUM ........................................................................ 72 5.2 GPS-BODENNETZ FÜR CHAMP ............................................................................................................. 75 5.3 BEREITSTELLUNG DER SATELLITENBAHNEN........................................................................................... 78 5.3.1 GPS-Satellitenbahnen....................................................................................................................................... 78 5.3.2 CHAMP-Satellitenbahn .................................................................................................................................... 78 5.4 PROZESSIERUNGSSYSTEM FÜR OKKULTATIONSDATEN ........................................................................... 79 5.4.1 Umsetzung der Algorithmen in Softwaremodule............................................................................................... 79

Inhaltsverzeichnis 5.4.2 Operationelles Prozessierungssystem................................................................................................................85 5.4.3 Praxistest des Systems mit GPS/MET-Daten.....................................................................................................88 5.4.4 Operationelle Gesichtspunkte............................................................................................................................91 5.5 DATENPRODUKTE....................................................................................................................................92 6 ERSTE ERGEBNISSE DES CHAMP-OKKULTATIONSEXPERIMENTES .....................93 6.1 ERSTE OKKULTATIONSMESSUNGEN VON CHAMP..................................................................................93 6.2 VERGLEICH DER DATENQUALITÄT MIT GPS/MET..................................................................................97 6.3 ANZAHL UND GLOBALE BEDECKUNG DER MESSUNGEN ..........................................................................99 6.3.1 Okkultationen pro Tag.......................................................................................................................................99 6.3.2 Globale Verteilung ..........................................................................................................................................101 6.4 STATISTISCHER VERGLEICH MIT ECMWF-ANALYSEN .........................................................................104 6.4.1 ECMWF-Daten................................................................................................................................................104 6.4.2 Statistischer Vergleich von Trockentemperaturprofilen ..................................................................................105 6.4.3 Statistischer Vergleich von Refraktivitäten......................................................................................................106 6.5 GLOBALES WASSERDAMPFMONITORING MIT CHAMP .........................................................................108 6.6 UNTERE GRENZE DER VERTIKALPROFILE..............................................................................................110 6.7 IONOSPHÄRENEINFLUSS ........................................................................................................................113 6.8 REDUNDANZ DER GPS-BODENDATEN...................................................................................................115 6.9 GPS-PROZESSIERUNG MIT EINFACHDIFFERENZEN ................................................................................117 6.9.1 GPS-Uhrenstabilität ohne Selective Availability.............................................................................................118 6.9.2 Reduzierung der Datenrate des Bodennetzes ..................................................................................................120 6.9.3 Anwendung der Einfachdifferenzenmethode....................................................................................................122 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK...............................................................................127 LITERATURVERZEICHNIS .....................................................................................................131 ANHANG A ...................................................................................................................................143 ANHANG B ...................................................................................................................................147 DANKE ..........................................................................................................................................149 vii

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