GNSS-Konstellationen der nächsten Generation für GGOS-konforme geodätische Lösungen (NextGNSS4GGOS)

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Susanne Glaser
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451901242

Das übergeordnete Ziel von NextGNSS4GGOS besteht darin, den Nutzen zukünftiger globaler Satellitennavigationssysteme (NextGNSS), die eine Weiterentwicklung der derzeitigen GPS-, GLONASS-, Galileo- oder Beidou-Konstellationen sein werden, für geodätische Lösungen zu bewerten, welche die Anforderungen des Globalen Geodätischen Beobachtungssystems (GGOS) erfüllen sollen. Eine mögliche NextGNSS-Architektur ist „Kepler“, die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) vorgeschlagen wurde. Diese besteht aus einer Galileo-ähnlichen Konstellation von Satelliten in einer mittleren Erdumlaufbahn (MEOs), die allerdings um perfekte Zeitsynchronisation und präzise Inter-Satelliten-Entfernungsbeobachtungen zwischen den Satelliten mittels optischer Links erweitert ist. Zusätzlich wird ein Segment aus niedrigfliegenden Satelliten (LEOs), das mit ultrastabilen optischen Uhren und optischen Verbindungen zur Entfernungsmessung und Uhrensynchronisation zwischen den Ebenen ausgestattet ist, vorgeschlagen. Weitere Ideen betreffen zusätzliche Instrumente auf den NextGNSS-Satelliten wie Inertialsensoren oder die Messung von Beschleunigungen und Rotationen der Satelliten, Retroreflektoren für die Laserentfernungsmessungen zu Satelliten (SLR), oder Sender für die Radiointerferometrie auf sehr langen Basislinien (VLBI). Im Rahmen des Projekts NextGNSS4GGOS wird das Potential der neuen Beobachtungstypen durch umfassende und möglichst realistische Simulationen untersucht. Ein erster wichtiger Meilenstein wird die Abschätzung der Auswirkungen auf Satellitenbahnen und Uhren einer MEO-Konstellation sein. Darüber hinaus werden die erreichbaren Bahngenauigkeiten von jeweils einer LEO Schwerefeld-, Altimetrie- und Radar-Imaging-Mission, die mit NextGNSS-Empfängern und neuen Beobachtungstypen (z.B. optische Inter-Satelliten-Links zwischen GNSS und LEOs) ausgestattet ist, untersucht. Verschiedene Szenarien, die auf die aktuelle Galileo-Konstellation aufbauen, werden simuliert und verglichen, um den individuellen und kombinierten Beitrag der neuen Beobachtungstypen beurteilen zu können. Der zweite Meilenstein wird die Bewertung der Auswirkungen der neuen Beobachtungstypen auf die geodätischen Zielparameter globale terrestrische Referenzrahmen (TRFs), Erdorientierungsparameter (EOPs) und Erdschwerefeld sein. Zusätzliche Überlegungen wie ein Ansatz (long-arc approach) mit längeren Bahnbögen oder die Einbeziehung von LEO-Satelliten in die MEO-Konstellation sind ebenfalls Teil des Forschungsplans. Am Ende des Projektes soll folgende zentrale Forschungsfrage beantwortet werden: Können künftige NextGNSS-Konstellationen TRFs, EOPs und Schwerefeldmodelle ermöglichen, die die GGOS-Anforderungen von einer Genauigkeit von 1 mm und einer Langzeitstabilität von 1 mm pro Dekade erfüllen werden?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen