Ruimtegeodesie I Waarnemingssystemen E. Schrama

Inhoud Technieken Instrumentele eigenschappen Fysische begrenzingen Het functie model Parameters schatten Toepassingen

Technieken Laser afstands meting Very Long Baseline Interferometrie Doppler metingen Satellite to Satellite Tracking Satelliet gradiometrie Satelliet altimetrie GPS (een onderdeel apart)

Laser afstandsmeting Optisch: metingen naar satelliet en maan Looptijdmeting ahv korte pulse Wel: droge troposferische vertraging Geen: natte troposferische vertraging Geen: ionosferische vertraging Afhankelijk van operators bij het instrument Afhankelijk van het weer Wereldwijd slechts een paar stations

Very Long Baseline Interferometrie (VLBI) Luisteren met radiotelescopen naar een quasar Synchronisatie van de signalen met klokken Looptijd verschilmeting Droge en Natte troposferische en ionosferische vertraging Afhankelijk van operators bij de telescopen Afhankelijk van het weer Wereldwijd slechts een paar stations

Very Long Baseline Interferometry

Doppler metingen Het meten van het Doppler effect van een bewegende zender Relatieve snelheidsmeting Droge en Natte troposferische en ionosferische vertraging Automatische systemen bestaan Wereldwijd vele stations (DORIS systeem)

Doris tracking network Bron: CNES

Satellite to Satellite tracking Afstanden tussen twee satellieten meten Doel: –zwaartekrachtsveld onderzoek –autonome navigatie systemen –rendez vous problematiek GPS op een laag vliegende satelliet GRACE missie

Satelliet gradiometrie Versnellingsmeters in een satelliet Meet differentiele versnellingen Reduceer alle rotationele versnellingen Het gaat om zwaartekrachtsveld onderzoek Satellite to Satellite Tracking voor navigatie Alleen nog simulatie studies

GRACEGOCE

Satelliet altimetrie Radar altimeter in een satelliet Coordinaten van de altimeter komen uit het baanberekeningsproces Doel: –meet de hoogteprofielen van het zee oppervlak –modelleren geoide, etc –modelleren zeetopografie, getijden etc

Wat is satelliet altimetrie Bron: JPL

Nauwkeurigheid waarnemingen Factoren die de nauwkeurigheid bepalen: –Meet techniek radiotechnieken: antennes, multipath, fasecentrum optisch: fasecentrum, puls definitie versnellingsmeters: drift etc altimeter: definitie van het zeeoppervlak –Looptijdvertragingen troposferische vertragingen ionosferische vertragingen Vaak is er naast de eigenlijke metingen externe informatie nodig

Fysische begrenzingen n: brekingsindex t: looptijd door vacuum v: groepssnelheid signaal c: lichtsnelheid l: afstand door vacuum s: gemeten afstand  d: vertragings fout zender ontvanger

Troposferische vertragingen Troposfeer: “alles onder de 100 km” Droge troposferische correctie –n is een functie van de gassen in de atmosfeer –  d bepalen met kennis van luchtdruk Natte troposferische correctie –n is een functie van waterdamp –  d bepalen met kennis van de relatieve vochtigheid (meteo data of radiometer)

Ionosferische vertraging De zon ioniseert gassen vanaf circa 80 km hoogte, ionen en vrije electronen worden gevormd De concentratie van vrije electronen veroorzaakt een brekingsindex n De mate van vertraging is dispersief en hangt dus af van de frequentie Remedie: metingen op meer frequenties

Functiemodel XeXe YeYe ZeZe B S RiRi RjRj  R ij

Parameters in functiemodel Stations coordinaten Stations gerelateerde parameters (klok, offset) Initiele state vector elementen satelliet Termen in krachten modellen op satelliet Instrumentele effecten satelliet (klok, offset) Looptijdvertraging waarnemingen Aardrotatie parameters

Parameter schatting De inhoud van A is geheel afhankelijk van de soort parameters die in je probleem zitten. (Los je wel of niet een baan op? Of gebruik je een baan van iemand anders) Indien je zelf baanparameters schat: –Bepalen van A is een iteratief process –Je gebruikt hiervoor de variationele vgl –A is afhankelijk van de uitgerekende baan, en dit was een van de onbekenden Vaak zijn er meerdere satellieten nodig voor de bepaling van parameters (zoals zwaartekrachtsveld parameters)

Toepassingen Lokaal netwerk uit GPS waarnemingen Globaal netwerk uit GPS waarnemingen VLBI stations coordinaten en aardrotatie parameters bepalen TOPEX/POSEIDON van een nauwkeurige baan voorzien Geodynamisch onderzoek met LAGEOS Maak een zwaartekrachtsmodel met behulp van een gradiometer Rendez vous probleem tussen space shuttle en een satelliet