Simultane Troposphärenbestimmung mittels präziser Punktpositionierungsverfahren

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Hobiger
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465090690

Troposphärische Laufzeitverzögerung ist die größte Fehlerquelle bei der hochgenauen Punktbestimmung (engl. „precise point positioning“) mittels Beobachtungsdaten von globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS). Während die hydrostatische Komponente der Laufzeitverzögerung noch sehr genau durch empirische Modelle vorhersagbar ist, erfordert die Behandlung der sogenannten feuchten Laufzeitverzögerung, welche vom Wasserdampfgehalt abhängt und starken zeitlichen und örtlichen Schwankungen unterliegt, einen komplizierten Modellierungsansatz und die Schätzung von Parametern während der Punktbestimmung. Damit entstand der Begriff „GNSS Meteorogie“. In diesem Projekt wird jedoch ein anderer, bahnbrechender Ansatz zur Behandlung der feuchten Laufzeitverzögerung untersucht. Basierend auf den gleichzeitigen Auswertungen aller undifferenzierten GNSS Beobachtungsdaten eines Bodenstationsnetzwerkes und Parametrisierung der feuchten Refraktivität in einem 4D-Gittermodell, wird die Problemstellung sowohl mathematisch als auch physikalisch konsistent behandelt. Dieser Ansatz wird als „Simultaneous Troposphere Estimation with Precise Point Positioning (STEPPP)“ bezeichnet und liefert als Ergebnis ein 4D-Feld der Wasserdampfverteilung über dem Stationsnetz, repräsentiert durch feuchte Refraktivitätswerte an vorgegebenen Gitterpunkten. Das Projekt umfasst die Entwicklung und Erprobung von funktionalen und stochastischen Modellen zur Bestimmung aller Zielparameter, wobei unterschiedliche Datenquellen verarbeitet werden müssen und raum-zeitliche Korrelationen des Wasserdampfgehalts Berücksichtigung finden sollen. Dazu wird untersucht, wie eine optimale Geometrie der Gitterpunkte in Abhängigkeit von der Verteilung der Bodenstationen sowie den algebraischen und numerischen Randbedingungen aussehen können, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Zur Validierung des STEPPP Ansatzes stehen sowohl simulierte GNSS Daten als auch Beobachtungen von anderen Sensoren zur Verfügung. Basierend auf Daten von einem dichten Bodenstationsnetzwerk wird demonstriert, wie der STEPPP Ansatz sowie die im Projekt entwickelte Software in der Praxis umgesetzt werden können. Die in mit dem STEPPP Ansatz ermittelten 4D-Modelle der feuchten Atmosphäre können mit den Ergebnissen aus klassischen Tomographieverfahren oder aus GNSS Radiookkultationsmessungen und Wasserdampfradiometern verglichen werden. Zusätzlich wird untersucht, ob sich low-cost GNSS Empfänger für den Einsatz als Bodenstation in dem STEPPP Ansatz eignen und damit als günstige Datenquelle dienen können, um Positionierung, Navigation und Zeitbereitstellung zu verbessern bzw. hochqualitative Datensätze für meteorologische Modelle bereitstellen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Tomasz Hadas