Abschwächung der Auswirkungen von Schallgeschwindigkeitsschwankungen im Ozean auf Wave Glider-basierte GNSS-akustische Vermessungen

• Antragsteller: Professor Dr. James Foster
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562074179

Die Möglichkeit, GNSS-Akustik-Messungen mit unbemannten Wave Glider Oberflächenfahrzeugen durchzuführen, revolutioniert die Meeresbodengeodäsie. Die geringe Fahrgeschwindigkeit dieser Fahrzeuge bedeutet jedoch, dass die Schwankungen der Schallgeschwindigkeit im Meer – die bereits jetzt den Genauigkeitsgrad von GNSS-A-Messungen begrenzen – noch problematischer werden. Um diesen technologischen Fortschritt für die Meeresbodengeodäsie voll ausnutzen zu können, muss das Problem der Schwankungen der Schallgeschwindigkeit umfassend angegangen werden. Dieses Projekt wird die effektivsten Minderungstechniken ermitteln, um die Auswirkungen von Prozessen, die die Schallgeschwindigkeit im Ozean stören, auf die Genauigkeit von GNSS-Acoustic-Positionierungslösungen zu minimieren. Wir werden uns auf den besonderen Fall von GNSS-A-Vermessungen konzentrieren, die von einem Wave Glider durchgeführt werden. Die langsame Fahrtgeschwindigkeit schränkt unsere Fähigkeit ein, geometrisch gut verteilte Beobachtungssätze innerhalb der typischen Zeiträume einiger Meeresprozesse zu erfassen. Unser Ansatz umfasst a) die Verwendung numerischer Ozeanmodelle zur Bereitstellung statistischer Einschränkungen für Schallgeschwindigkeitsschwankungen; b) die Bestimmung optimaler Vermessungspfade zur Auflösung sowohl von Transponderpositionen als auch von seitlichen Schallgeschwindigkeitsgradienten; c) die Prüfung statistischer Verfahren zur Gewinnung von Informationen über Schallgeschwindigkeitsschwankungen aus unseren akustischen Laufzeitbeobachtungen; d) die Definition der Auswirkungen aller identifizierten Prozesse auf die formalen Fehler für unsere Lösungen der Meeresbodenposition.Unsere Arbeitshypothesen lauten:H1: Langperiodische Prozesse lassen sich am besten durch optimierte Vermessungspfade und eine verbesserte Charakterisierung der Schallgeschwindigkeitsschwankungen in der Inversionslösung abschwächen, wobei die statistischen Eigenschaften durch numerische Ozeanmodelle eingeschränkt werden.H2: Effekte kürzerer Perioden lassen sich am besten durch ihre charakteristischen Störungen in den Laufzeiten der modellierten Beobachtungen identifizieren und abschwächen, wobei die Physik der Meeresgezeiten und sich ausbreitender interner Wellen eingeschränkt wird.Die Produkte werden sein: 1) Richtlinien für Wave Glider GNSS-A-Vermessungsprotokolle, die der Tiefe des Meeresbodens und den Meeresbedingungen sowie allen praktischen Einschränkungen der Mission (z. B. verfügbare Zeit für die Vermessung oder Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit) entsprechen, und 2) Verfahren zur Bereitstellung repräsentativer Fehlerschätzungen für die Positionslösungen. Außerdem werden 3) aktualisierte Positionslösungen und Fehlerabschätzungen für die in unserer Analyse untersuchten GNSS-A-Datensätze und 4) ein Online-Tool, das Schallgeschwindigkeitsstatistiken aus dem numerischen Ozeanmodell extrahiert, um a) GNSS-A-Missionen zu planen und b) die gesammelten Daten zu verarbeiten, generiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Laura Wallace
• Kooperationspartner: Professor Dr. Benjamin A. Brooks