Hybride Satellitenkonstellationen für hochaufgelöste Modellierung und Sondierung der Atmosphäre (HOLMES)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Harald Schuh
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471275159

Die globalen Navigationssatellitensysteme (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) werden nicht nur zur Positionierung und Navigation eingesetzt, sondern es lassen sich auch Temperatur und Wasserdampf in der Atmosphäre, der Elektronengehalt der Ionosphäre, präzise Punktkoordinaten sowie ko-seismische Deformationen beobachten. Eine Kernanwendung besteht in der Schätzung von Atmosphärenparametern zur Vorhersage und Überwachung von Wetterereignissen. Gegenwärtig verwenden die meisten operationellen Atmosphärenprodukte nur Beobachtungen des GPS, wodurch die mögliche zeitliche und örtliche Auflösung deutlich eingeschränkt ist. Mit der Entwicklung neuer GNSS, wie etwa dem europäischen Galileo und dem chinesischen BeiDou, sowie zahlreichen neuen Konstellationen mit niedrigfliegenden Satelliten (Low Earth Orbit, LEO) mit Entfernungsmessungen zu Satelliten in höheren Orbits sowie zum Boden erschließen sich vielversprechende Möglichkeiten. Die verschiedenen, sich ergänzenden Eigenschaften von herkömmlichen Navigationssatelliten (Medium Earth Orbit, MEO), geostationären Satelliten (Geostationary Earth Orbit, GEO), geosynchronen Satelliten mit geneigter Umlaufbahn (Inclined Geo-Synchronous Orbit, IGSO) und LEO Satelliten werden zu einer deutlichen Verbesserung der Qualität der Beobachtungen der Troposphäre und Ionosphäre führen und damit zu einer genaueren Beschreibung der vertikalen und horizontalen Eigenschaften der Atmosphäre. Insbesondere die LEO Satelliten werden dabei mit ihrer schnell veränderlichen Beobachtungsgeometrie eine entscheidende Rolle spielen. Das beantragte Projekt wird sich auf die Aufstellung eines vereinheitlichten Beobachtungsmodells mit MEO, GEO, IGSO und LEO Satelliten konzentrieren, insbesondere im Hinblick auf die Schätzung von Atmosphärenparametern und die Ableitung hochgenauer und hochauflösender Atmosphärenprodukte. Die folgenden Aspekte werden behandelt:• Ein mathematisches Modell zur gemeinsamen Verarbeitung von GPS, BeiDou, Galileo, und LEO wird erstellt, worauf die dann folgende Schätzung und Auswertung der Atmosphärenparameter aufbaut. • Basierend auf dem oben eingeführten gemeinsamen Beobachtungsmodell werden Verfahren zur schnellen Bereitstellung von hochauflösenden Schätzungen troposphärischer Laufzeitverzögerungen in Zenitrichtung und deren horizontale Gradienten entwickelt und ausgewertet. • Konzepte zur Integration von LEO Satelliten in die GNSS basierte Schätzung und Modellierung der Ionosphäre werden erarbeitet. Der daraus resultierende Vorteil zur Beobachtung von gering ausgedehnten Weltraumwetterereignissen wird untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Maorong Ge