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Forschungsprojekte
Modellierung physikalischer Korrelationen von GNSS-Phasenbeobachtungen mit Ansätzen der Turbulenztheorie

Forschungsprojekte aus dem Bereich Positionierung und Navigation

Modellierung physikalischer Korrelationen von GNSS-Phasenbeobachtungen mit Ansätzen der Turbulenztheorie

Leitung:  Prof. Dr.-Ing. Steffen Schön
E-Mail:  schoen@ife.uni-hannover.de
Team:  Dr.-Ing. Markus Vennebusch
Jahr:  2011
Datum:  12-01-11
Förderung:  Das Projekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SCHO 1314/1-1).
Ist abgeschlossen:  ja

Motivation

Turbulente Fluktuationen des Brechungsindex' in den unteren Atmosphärenschichten führen zu physikalischen Korrelationen zwischen GNSS-Phasenbeobachtungen. Dieses Phänomen umfasst ebenso Very Long Baseline Interferometry (VLBI)-Messungen, als auch auch optische Messungen von Satellite Laser Ranging (SLR) oder der Digitalen Zenitkamera.

Methodik

Mit Ansätzen aus der Turbulenztheorie wurde ein Modell entwickelt, das diese physikalischen Korrelationen für GPS-Phasenbeobachtungen in Form einer vollbesetzten Varianz-Kovarianz-Matrix (VKM) angeben lässt. Die bisher erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass

  • die VKM nicht nur von der Satellitengeometrie abhängt, sondern auch von den vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen
  • die Höhe der Korrelation zwischen zwei GPS-Phasenbeobachtungen antiproportional zum Abstand der entsprechenden Strahlwege durch die turbulent Atmosphäre ist.

Abbildung 1: Simulierte Variationen von troposphärischen Laufzeitverzögerungen. Das zeitliche Verhalten wird mit Hilfe von zeitlichen Strukturfunktionen ausgedrückt. Die mittleren Steigungen entsprechen den aus der Turbulenztheorie vorhergesagten Werten.

Basierend auf diesem Modell wurden bisher u.a. Sensitivitätsuntersuchungen sowie Simulationen von Variationen troposphärischer Laufzeitverzögerungen durchgeführt.


Abbildung 2: Räumliches Verhalten von troposphärischen Laufzeitverzögerungen aus 'Precise Point Positioning'-Lösungen eines 16 km langen, linienhaften Netzes von sechs GPS-Empfängern.