Kombination geodätischer Weltraumverfahren mit Clock Ties und Atmospheric Ties (COCAT)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Kyriakos Balidakis; Professor Dr.-Ing. Harald Schuh
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490990195

Das Projekt COCAT zielt darauf ab, den internationalen terrestrischen Referenzrahmen (International Terrestrial Reference Frame, ITRF) zu verbessern, indem weltraum-geodätische Beobachtungen an Bodenstationen durch Nutzung der räumlich-zeitlichen Variationen des Brechungsindices der Luft, die durch numerische Wettervorhersagesysteme quantifiziert werden (Atmospheric Ties) und durch die gleichzeitige präzise Zeitmessung und Synchronisation zwischen Frequenznormalen, die durch Zeitkohärenzbeobachtungen realisiert werden (Clock Ties), miteinander verbunden werden. Dieser Ansatz wird dadurch begründet, dass bei der Auswertung von satellitengestützten geodätischen Beobachtungen die Koeffizienten für die atmosphärischen Laufzeitverzögerungen, die Uhrenstabilität und die Stationsverschiebung korreliert sind. Diese Fusionsstrategie wird entwickelt, um die derzeitige Multitechnik-Kombination zu verbessern, die bisher durch Stationskoordinaten (Local Ties) und Erdrotationsparameter (Global Ties) erreicht wird. In Phase 1 nutzen wir die Fortschritte bei den numerischen Wettervorhersagemodellen und der präzisen Zeitmessung und -synchronisation, um eine langfristige Kombination von GNSS, VLBI und SLR auf Ebene der Beobachtungsgleichungen durchzuführen. Da genauere Uhren die Inkonsistenzen und das durch die atmosphärische Refraktion, insbesondere durch Turbulenzen, verursachte Rauschen sichtbar machen, wird im Rahmen von COCAT ein konsistentes und verbessertes atmosphärisches Refraktionsmodell für alle vier geodätischen Weltraumverfahren angestrebt. Die Technologie, die das vorgeschlagene Kombinationsschema ermöglicht, befindet sich in Entwicklung und ist noch nicht allgemein verfügbar. Daher werden die in COCAT geplanten Arbeiten mit Monte-Carlo-Simulationen beginnen, die zunächst GNSS, VLBI und SLR und später DORIS einbeziehen. Um diese Ergebnisse zu validieren, werden reale Datensätze zwischen den kollokierten Systemen des Geodätischen Observatoriums Wettzell aber auch an anderen geodätischen Fundamentalstationen genutzt. Am Ende von Phase I wird COCAT den ersten mehrjährigen terrestrischen Referenzrahmen liefern, der Local, Global, Atmospheric und Clock Ties verwendet. In Phase 2 nutzen wir den allgemeinen relativistischen Zeitdilatationseffekt, der die durch die Schwerkraft induzierte Raum-Zeit-Verzerrung quantifiziert, mittels eines chronometrischen Nivellements über lange Entfernungen sowie durch die Verknüpfung bodengestützter Messungen verschiedener Systeme, die Beobachtungen von Satelliten und zwischen Satelliten mit einbeziehen. Das Projekt COCAT ist unverzichtbar, weil es die Behandlung der atmosphärischen Refraktion in der Einzel- und Mehrsystemlösung verbessert und die Kombination auf Ebene der Beobachtungsgleichungen unter Verwendung von Atmospheric Ties und Clock Ties beinhaltet und so den Weg zur vollen Nutzung der Zeitkohärenz als neuer Beobachtungsgröße ebnet.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5456: Uhrenmetrologie: Die ZEIT als neue Variable in der Geodäsie
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Mathis Bloßfeld; Dr. Mathias Palm; Dr.-Ing. Manuela Seitz; Dr.-Ing. Daniela Thaller