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Fusion of ranging, accelerometry, and attitude sensing in the multi-sensor system for laserinterferometric inter-satellite ranging (CRC 1128, B02)

Fusion of ranging, accelerometry, and attitude sensing in the multi-sensor system for laserinterferometric inter-satellite ranging (CRC 1128, B02)

GRACE Follow-On Multi-sensor System: microwave ranging, laser ranging interferometer, accelerometers (ACC), GNSS, star cameras (SCA), differential wavefront sensing (DWS), ultra-stable oscillator (USO), magnetic torqures (MTQ)
Leitung:  Prof. Jakob Flury, Dr. Gerhard Heinzel
E-Mail:  gerhard.heinzel@aei.mpg.de
Team:  M.Sc. Santoshkumar Burla, Henry Wegener, Dr. Akbar Shabanloui
Jahr:  2014
Förderung:  DFG
Laufzeit:  2014-2018
Ist abgeschlossen:  ja
Weitere Informationen www.geoq.uni-hannover.de/b02.html

Die Qualität der Ergebnisse des Gravitationsfeldes, die aus dem gravimetrischen Inter-Satelliten-Entfernungsmessungen gewonnen werden, hängt nicht nur von der Messgenauigkeit ab. Ebenso wichtig ist die Qualität der Integration in das Multisensorsystem, bestehend aus K-Band Entfernungsmessung, GNSS-Orbit-Tracking, Beschleunigungsmessung und Lageerkennung, sowie die Leistung dieses Systems als Ganzes. Dies gilt bereits für das GRACE-System, wird aber noch stärker für GRACE Follow-On (GRACE-FO) gelten. Die Genauigkeit des GRACE-FO Laser Ranging Interferometer (LRI) wird voraussichtlich die Schwerefeldlösungen erheblich verbessern, jedoch nur in dem Maße, in dem die beobachtbare Länge nicht durch systematische Fehler und Rauschen anderer Komponenten des Sensorsystems verunreinigt wird. Die Systemleistung wird z.B. durch die Leistung der Sternkamera, durch die Qualität der Satellitenausrichtung, durch ungenaue Kenntnisse und Instabilitäten von Phasenzentren und Ausrichtungen der GNSS Antenne sowie durch Signalstörungen des Beschleunigungssensors beeinflusst. Einige dieser Effekte stehen im Zusammenhang mit Einflüssen aus der Plattform und der Orbitumgebung.

Ziel des Projekts ist es, Verbesserungen in der Sensorfusion zu identifizieren, d.h. bei der Kombination der Datenströme des Multisensorsystems mit der Perspektive der Extraktion der besten wissenschaftlichen Signale. Im Rahmen des Projekts wird ein Prototyp eines integrierten Beobachtungsmodells auf Systemebene mit mehreren Aufgaben erstellt und getestet: Wir werden das LRI-Beobachtungsmodell einschließlich aller relevanten physikalischen und geometrischen Beiträge untersuchen. Wir werden die Analysemethoden entwickeln, die erforderlich sind, um aus dem LRI Differential Wavefront Sensing (DWS) verbesserte Informationen über die Ausrichtung der Satelliten zu gewinnen. Wir werden die Kombination der beiden Entfernungssysteme - LRI und Mikrowellen-K-Band Ranging (KBR) - untersuchen, um Vorurteile und Rauschen zu beurteilen und die Genauigkeit der KBR-Datenanalyse zu verbessern. Schließlich werden wir neue Methoden zur Integration der verfügbaren Sensorinformationen über die Satellitenlage und -ausrichtung bewerten - einschließlich Sternkameras, Gyroskope, DWS und dynamische Lageregelungsdaten -, die sich als einer der limitierenden Faktoren im Bereich der Distanzmessung zwischen den Satelliten erwiesen haben.

Die Sensorfusionsmethoden werden bei der GRACE-FO-Verarbeitung anwendbar sein und können von den beteiligten Analysezentren übernommen werden. Sie werden auch wertvolle Einblicke in Konfigurationen für Inter-Satelliten Entfernungsmessungen geben, die über GRACE-FO hinausgehen.

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