FOR 1503:  Space-Time Reference Systems for Monitoring Global Change and for Precise Navigation in Space

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften ; Physik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165956021

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Zielsetzung der Forschergruppe FOR 1503 war die Entwicklung von integrativen Methoden und Prozessen, die es erlauben raumzeitliche Referenzsysteme für die Überwachung des Globalen Wandels und für präzise Navigation im Weltraum konsistent zusammenzuführen. Dabei geht es primär um die Gruppe der Referenzsysteme vom himmelsgebundenen, quasi-inertialen System über dynamische Systeme hin zu körperfesten, d.h. hier mondfesten und erdfesten, Systemen. Um das vorliegende geodätische und astronomische Beobachtungsmaterial, das bezogen auf die Erde zum Teil eine Genauigkeit von wenigen Millimetern hat, in einen konsistenten Gesamtzusammenhang zu bringen, war es notwendig, sowohl die theoretischen Grundlagen als auch die praktischen Realisierungen einer grundlegenden Überarbeitung zu unterziehen. In insgesamt sieben Projekten wurden deshalb das himmelsfeste Referenzsystem, baryzentrische Planetenbahnparameter, mondbezogene Systeme und satellitenbasierte dynamische Referenzsysteme einerseits sowie erdbezogene Systeme andererseits weiterentwickelt und Ansätze für eine konsistente Zusammenführung erarbeitet. An zentraler Stelle der Ergebnisse steht die Realisierung einer ersten gemeinsamen und konsistenten Schätzung des himmelsfesten und erdfesten Referenzrahmens zusammen mit den dazugehörigen Erdorientierungsparametern auf der Basis von homogen reprozessierten Zeitreihen der Beobachtungen verschiedener weltraum-geodätischer Verfahren (Very Long Baseline Interferometry, präzises GNSS, Satellite Laser Ranging) über 11 Jahre hinweg mit Millimetergenauigkeit. Für zukünftige Arbeiten dieser Art ist auf den Ko-lokationsstationen der Einsatz stabilisierter und verlustfreier Zeit- und Frequenzverteilsysteme ratsam, für die am Geodätischen Observatorium Wettzell ein Prototyp entwickelt und erfolgreich getestet wurde. Weitere Schritte in Richtung einer Gesamtverbesserung der globalen Referenzsysteme sind die Realisierung des geodätischen Datums aus einer Vielzahl von Satelliten unterschiedlicher Bahncharakteristiken, die zu einer signifikanten Stabilisierung der Datumsparameter führt, sowie die erstmalige Erstellung eines rigoros kombinierten Positionskatalogs kompakter extra-galaktischer Radioquellen mit voller Kovarianzmatrix über alle Positionen und Beobachtungsfrequenzen hinweg. Die Bewegungen der Körper im Sonnensystem wurden mit Hilfe einer vollständigen Sammlung aller planetaren Beobachtungen und einer Zusammenführung aller relevanten gravitativen Interaktionen zwischen den wichtigsten Körpern des Sonnensystems modelliert. Im Erde-Mond-System wurde ein eigenständiges Modell für die Berechnung der Bahnparameter des Lunar Reconnaissance Orbiters (LRO) entwickelt, mit dem erstmalig eine unabhängige Validierung der NASA science orbits gelang. Außerdem wurde ein mondweiter Referenzrahmen basierend auf Altimetermessungen des LRO Mondorbiters und einer Beleuchtungssimulation der lunaren Polgebiete für zukünftige Landemissionen berechnet. Für differentielle VLBI-Beobachtungen zwischen Quasaren und Raumsonden im Nahfeld konnte ein Algorithmus für die Planung dieser Beobachtungen entwickelt und die Wirkung der frame ties erfolgreich untersucht werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2014): Numerical Orbit Integration based on Lie Series with Use of Parallel Computing Techniques Advances in Space Research, Vol. 53, 77-89
  Mai E., R. Geyer
  
• (2014): Precise station positions from VLBI observations to satellites: a simulation study. Journal of Geodesy, 88:659-673
  Plank L., J. Böhm, H. Schuh
  
• (2015): Loading-induced deformation due to atmosphere, ocean and hydrology: Model comparisons and the impact on global SLR, VLBI and GNSS solutions. In: T. van Dam (ed.), REFAG2014, IAG Symposia Series, Vol. 146, pp. 71-77
  Roggenbuck, O., D. Thaller, G. Engelhardt, S. Franke, R. Dach, P. Steigenberger
  
• (2015): Pre-combined GNSS-SLR Solutions: What could be the benefit for the ITRF? In: T. van Dam (ed.), REFAG2014, IAG Symposia Series, Vol. 146, pp. 85-94
  Thaller, D., K. Sosnica, P. Steigenberger, O. Roggenbuck, R. Dach
  
• (2015): Satellite laser ranging to GPS and GLONASS. Journal of Geodesy, 89(7):725-743
  Sośnica, K., D. Thaller, R. Dach, P. Steigenberger, G. Beutler, D. Arnold, A. Jäggi
  
• (2016). Ionospheric corrections for single-frequency tracking of GNSS satellites by VLBI based on co-located GNSS. Journal of Geodesy, 90:189-203
  Männel B. and M. Rothacher
  
• (2016): Epoch reference frames as short-term realizations of the ITRS - datum stability versus sampling. In: Rizos C., Willis P. (Eds.) IAG 150 Years, IAG Symposia 143, 26-32
  Bloßfeld M., M. Seitz, D. Angermann
  
• (2016): IVS contribution to ITRF2014. Journal of Geodesy, 90:631-654
  Bachmann S., D. Thaller, O. Roggenbuck, M. Lösler, L. Messerschmitt
  
• (2016): Towards a consistent estimation of the Earth's gravity field by combining normal equation matrices from GRACE and SLR. In: Rizos C., Willis P. (Eds.) IAG 150 Years, IAG Symposia 143, 375-381
  Haberkorn C., M. Bloßfeld, J. Bouman, M. Fuchs, M. Schmidt
  
• (2017): Improvements in precise orbits of altimetry satellites and their impact on mean sea level monitoring, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 55(6), 3382-3395
  Rudenko S., K.-H. Neumayer, D. Dettmering, S. Esselborn, T. Schöne, J.-C. Raimondo
  
• (2018) Co-location of space geodetic techniques carried out at the Geodetic Observatory Wettzell using a closure in time and a multi-technique reference target, Journal of Geodesy, 92(9):1097-1112
  Kodet, J., Schreiber, K.U., Eckl, J., Plötz C., Mähler S., Schüler T., Klügel T., Riepl S.
  
• (2018): Assessment of local GNSS baselines at co-location sites. Journal of Geodesy, 92(9):179–1095
  Herrera Pinzón I., Rothacher M.
  
• (2018): Consistent realization of celestial and terrestrial reference systems. Journal of Geodesy, 92(9):1047–1061
  Kwak Y., R. Schmid, M. Bloßfeld, D. Angermann, M. Gerstl, M. Seitz
  
• (2018): Determination of Phobos’ rotational parameters by an inertial frame bundle block adjustment. Journal of Geodesy, 92(9):963–973
  Burmeister S., Willner K., Schmidt V., Oberst J.
  
• (2018): Illumination conditions at the lunar poles: Implications for future exploration, Planetary and Space Science, 162:170-178
  Gläser P., J. Oberst, G.A. Neumann, E. Mazarico, E.J. Speyerer, M.S. Robinson
  
• (2018): Precise orbits of the Lunar Reconnaissance Orbiter from radiometric tracking data, Journal of Geodesy, 92(9):989-1001
  Löcher A. und J. Kusche
  
• (2018): Relativistic tests with lunar laser ranging, Classical and Quantum Gravity, 35:035015
  Hofmann F. and J. Müller
  
• (2018): Simulations of VLBI observations of a geodetic satellite providing co-location in space, Journal of Geodesy, 92(9):1023–1046
  Anderson J. M., G. Beyerle, S. Glaser, L. Liu, B. Männel, T. Nilsson, R. Heinkelmann, H. Schuh
  
• (2018): The reference frames of Mercury after the MESSENGER mission. Journal of Geodesy, 92(9):949-961
  Stark A., Oberst J., Preusker F., Burmeister S., Steinbrügge G., Hussmann H.