Dipl.-Ing. Xiaoguang Luo
Bestimmung von hoch auflösenden Wasserdampffeldern unter Berücksichtigung von GNSS-Doppeldifferenzresiduen

Globale Satellitennavigationssysteme (GNSS) wie z.B. das amerikanische GPS oder das künftige europäische System Galileo dienen primär der Positionsbestimmung. Da die von den Satelliten aus ca. 20.000 km Höhe abgestrahlten elektromagnetischen Signale die Erdatmosphäre durchlaufen, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Signallaufzeit von den Eigenschaften der Atmosphäre beeinflusst. Die Einflüsse der Erdatmosphäre auf die GNSS-Signale können in iono- und neutrosphärische Einflüsse eingeteilt werden. Die Neutrosphäre ist für elektromagnetische Wellen des L-Bands nicht dispersiv und deren Einflüsse auf die GNSS-Signale können nicht durch Messungen auf mehreren Träger-frequenzen eliminiert werden. Die neutrosphärischen Einflüsse lassen sich in eine trockene und eine feuchte Komponente unterteilen, wobei der feuchte Anteil i.d.R. weniger als 10% der gesamten Einflüsse beträgt, gleichzeitig jedoch wertvolle Informationen über den wichtigen Bestandteil der Erdatmosphäre, Wasserdampf, enthält. Die Variation des feuchten Anteils des Neutrosphäreneinflusses kann in eine sog. isotrope und eine sog. anisotrope Komponente unterteilt werden. Der isotrope Anteil kann im Rahmen einer statischen GNSS-Auswertung durch Prädiktionsmodell und Zusatzparameter, ein zweiteiliges Verfahren, beschrieben werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll der anisotrope Anteil unter Anwendung von Residueninformationen aus der GNSS-Auswertung bei der Modellbildung mitberücksichtigt werden. Kombiniert mit der o.g. zweiteiligen Modellierung können Wasserdampffelder unter Anwendung eines planaren Einschichtmodells zeitlich und räumlich hochauflösend bestimmt werden. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen konzentrieren sich auf den anisotropen Anteil des feuchten Neutrosphäreneinflusses, von seiner Entstehung durch die Konvertierung von Doppeldifferenzresiduen (DDR) über seine Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren (z.B. Basislinienlänge, Mehrwegeeinflüsse und Auswertestrategie) bis zu seinem Beitrag bei der Visualisierung von Wasserdampffeldern. Als Datenmaterial stehen die GPS-Beobachtungen aller 16 Baden-Wüttermbergischen Stationen des SAPOS®-Netzes (Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung) im Zeitraum DOY2004: 186-193 zur Verfügung. Basierend auf Berechnungen und graphischen Darstellungen lassen sich Animationen generieren, die zeitliche Variationen des Wasserdampfs in einem 3- bzw. 30-Minuten-Takt veranschaulichen können. Bei relativ ruhigen Wetterbedingungen und unter der Voraussetzung, dass sowohl das funktionale als auch das stochastische Modell bei der GNSS Auswertung zutreffend definiert sind, liegen die DDR normalerweise in einem kleinen Wertebereich von wenigen Millimetern. In diesem Fall lohnt es sich nicht, den anisotropen Anteil bei der Modellierung mitzuberücksichtigen, weil die Konvertierung von Doppeldifferenzresiduen in Pseudo-Zerodifferenzresiduen (PZDR) mit einem hohen Zeit- und Rechenaufwand verbunden ist. Deswegen ist es notwendig, eine Größenordung für DDR aus der GNSS-Auswertung festzulegen, ab der die Residueninformationen bei neutrosphärischer Modellierung zu berücksichtigen sind. Am Schluss dieser Arbeit wird die vorgestellte dreiteilige neutrosphärische Modellierung mit anderen Modellierungsmöglichkeiten hinsichtlich der räumlichen Auflösung des ermittelten Wasserdampffeldes verglichen. Durch diesen Vergleich wird festgestellt, dass die dreiteilige neutrosphärische Modellierung durch Berücksichtigung der Residueninformationen eine verbesserte räumliche und zeitliche Auflösung des modellierten Wasserdampffeldes gegenüber der gewöhnlichen zweiteiligen Modellierung darstellt.

Preisgeld: 1.000 € für Dipl.-Ing. Xiaoguang Luo – Diplomarbeit