Anwendung und Genauigkeitsanalyse eines neuen radarinterferometrischen Bahnkorrekturverfahrens
Final Report Abstract
Basierend auf Genauigkeitsuntersuchungen von differentiellen Global Positioning System (GPS)-Beobachtungen zwischen den Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) Satelliten wurden im Rahmen der Förderung Basislinien-Ungenauigkeiten für drei interferometrische Szenarien abgeschätzt, die bei einem bestimmten Synthetic Aperture Radar (SAR)-Formationsflug realisiert werden sollen. Für die Cross-Track Interferometrie in einem bistatischen Betriebsmodus wurde ein mittlerer 2D-Basislinienfehler (1σ) von 1,4 mm abgeleitet, während der monostatische Akquisitionsmodus mit einer 50 km Along-Track Trennung einen 2D-Basislinienfehler von ungefähr 1.7 mm offenbarte. Die drei-dimensionale Natur von Messungen des GPS schafft ideale Voraussetzungen zur genauen Bestimmung der Position und Geschwindigkeit eines Raumfahrzeuges im niedrigen Erdorbit (LEO). Beste Ergebnisse lassen sich dabei mit reduziert-dynamischen Verfahren erzielen, die die Vorteile einer kinematischen Positionierung mit denen einer strengdynamischen Bahnmodellierung verbinden. Mithilfe dieser Bahnbestimmungsmethode und unter Verwendung der GRACE GPS Code- und Phasendaten konnten absolute Bahnen bestimmt werden, die eine Abschätzung der Basisliniengenauigkeit für die Wiederholbahn- Interferometrie von ca. 4 cm (2D 1σ) erlaubt. Damit konnte gezeigt werden, dass beide Bahnkorrekturkomponenten (normal/cross-track und radial) der in 2003 veröffentlichten Arbeit zu mindestens quantitativ mit den geschätzten Komponentenfehlern der vorliegenden Studie übereinstimmen. Um die Genauigkeit in Bezug auf Qualitätsanforderungen von hoch auflösenden numerischen Geländemodellen (DEM) bewerten zu können, wurden topographische Höhenfehler von den geschätzten Basislinien-Ungenauigkeiten abgeleitet. Hierzu wurde der 2D-Basislinienfehler des monostatischen Akquisitionsmodus als worst-case Fall zu Grunde gelegt. Die Analyse zeigte, dass die induzierten Niedrigfrequenz-Modulationen (Höhen-Bias) die relativen vertikalen Genauigkeitsanforderungen (σ < 1 m linearer Punkt-zu-Punkt Fehler) eines „Digital Terrain Elevation Data” Modells der Stufe 3 (DTED-3) für die meisten Basislinien-Konstellationen des Formationsfluges erfüllen. Um die Fehlerfortpflanzung in ein Interferogramm beispielhaft darzustellen, wurden zwei orbitale Artefakte bzw. Orbitale PhasenSchirme (OPS) erzeugt, indem jeweils zwei simulierte Interferogramme differenziert wurden. Das eine Interferogramm wurde aus einem konstanten und ungestörten Basislinienvektor berechnet. Der Basislinienvektor des anderen war zum einen mit dem relativen GRACE Positionsfehler und zum anderen mit den absoluten Positionsfehlern behaftet. Die Frage, ob auch die horizontalen Genauigkeitsanforderungen der DTED-3 Spezifikation erfüllt werden können, bleibt weiterhin offen. DGPS kann als operationelles Navigationswerkzeug für hochpräzise Basislinienbestimmung eingesetzt werden, sofern ein weltraumgestützter GPS Zweifrequenz-Empfänger als primäres Ortungs- und Navigationsinstrument auf SAR-Satelliten angenommen werden darf. Daraus resultiert die Fragestellung, inwiefern die Genauigkeitsanforderungen eingehalten werden können, wenn ein GPS Einfrequenz-Empfänger verwendet wird.
Publications
- (2006): Evaluating interferometric baseline performances in a close formation flight by using relative GRACE GPS navigation solutions. In: 19th International Symposium on Space Flight Dynamics, 19th International Symposium on Space Flight Dynamics, Kanazawa, Japan, 2006-04-06 - 2006-11-06
Kohlhase, Andreas; Kroes, Remko; D'Amico, Simone
- (2006): Interferometric baseline performance estimations for multistatic synthetic aperture radar configurations derived from GRACE GPS observations. Journal of Geodesy, 88 (1), Springer, S. 28 - 39
Kohlhase, Andreas; Kroes, Remco; D´Amico, Simone
(See online at https://doi.org/10.1007/s00190-006-0027-y)
