Innovative Kalibriermethoden für Strapdown-Vektorgravimetrie mit dem Forschungsflugzeug HALO

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Becker
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316740757

Strapdown-Vektor-Fluggravimetrie (SAVG) ist die Bestimmung des dreidimensionalen Erdschwerefeldes aus einem Flugzeug heraus, unter Verwendung eines Inertialen Strapdown-Messsystems (IMU).Im Vergleich zu den klassischen Federgravimetern auf stabilisierten Plattformen, die vorherrschend auf dem Gebiet der Fluggravimetrie sind, ergeben sich für SAVG einige Vorteile:- Strapdown IMUs sind sparsam in Bezug auf Größe, Gewicht, Energieverbrauch und Kosten. Zudem wird an Bord des Flugzeuges kein Operateur benötigt.- SAVG ermöglicht die Bestimmung von Lotabweichungen (Vektorgravimetrie).- Aktuelle Ergebnisse deuten darauf hin, dass SAVG robuster gegenüber Turbulenzen und während Flugmanövern ist.Das Fachgebiet Physikalische Geodäsie und Satellitengeodäsie der Technischen Universität Darmstadt (TUDa) beantragt hiermit die Teilnahme an der ANTHALO-BI Messkampagne (s. separater Missionsantrag), für die eine geeignete IMU und ein Operateur vor Ort zur Verfügung gestellt werden sollen. Für den SAVG-Teil kann die ANTHALO-BI Messkampagne als wissenschaftliche Eignungsuntersuchung für die größere ANTHALO-Messkampagne gesehen werden, welche für 2020/21 geplant ist. Für beide Kampagnen sollen von der TUDa folgende Messdaten bestimmt und bereitgestellt werden:- Die skalare Schwere mit einer Genauigkeit von etwa 1 mGal (justiert: 0,5 mGal),- Lotabweichungen (Ziel: 0,5 Bogensekunden Präzision), und- hochgenaue Lagewinkel (3 bzw. 20 Bogensekunden für Roll-/Nickwinkel bzw. Azimut). Eine zentrale Fragestellung für die SAVG ist die geeignete Modellierung der Sensorfehler. Aktuelle Arbeiten an der TUDa zeigen, dass Laborkalibrierungen der IMU die Performanz erheblich verbessern können, mit erreichten Genauigkeiten für die skalare Schwere von 1,0-1,4 mGal (justiert: 0,5-0,6 mGal). Dies ist eine hervorragende Genauigkeit für SAVG, welche mit der von klassischen Federgravimetern mithalten kann.Eine besondere Herausforderung für SAVG im Hinblick auf die Missionen ANTHALO-BI und ANTHALO ist die Sensorstabilität über große Reichweiten. Das Hauptziel dieses Projektes ist es daher, neue IMU-Kalibriermethoden speziell für SAVG zu entwickeln, mit dem Ziel der besseren Langzeitstabilität und außerdem einer höheren Robustheit in dynamischen Situationen, z.B. während Flugmanövern oder starken Turbulenzen.Hierfür sollen erweiterte parametrische Fehlermodelle mit Bias, Skalenfaktoren und Kreuzkopplungen, jeweils als Funktion der Sensortemperatur, untersucht werden, sowie darüber hinaus sample-basierte (nicht-parametrische) Fehlermodelle. Für die Bewertung dieser Verfahren werden Messdaten von SAVG Messkampgnen herangezogen, und zwar neben den ANTHALO-BI-Daten noch weitere Datensätze, die der TUDa bereits vorliegen oder im Laufe des Projektes vorliegen werden.Es wird erwartet, dass diese Grundlagenforschung dazu beitragen kann, die Strapdown-Fluggravimetrie in Zukunft als Standardmethode für die Fluggravimetrie zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the "High Altitude and Long Range Research Aircraft" (HALO)
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Dr. Franz Barthelmes; Professor Dr. René Forsberg; Dr. Christoph Förste; Dr.-Ing. Mirko Scheinert