Geodätische Woche Untersuchungen zu Phasenlösungen in der geodätischen Radiointerferometrie

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Jacob Amsel
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1 Geodätische Woche 2013 Untersuchungen zu Phasenlösungen in der geodätischen Radiointerferometrie Masterarbeit 1 Annemarie Kunkel

1968 [http://klimakatastrophe.wordpress.

2 Der Meeresspiegel steigt heute: einige mm/jahr Küstenlinie bei einem Meeresspiegelanstieg von 100 m 2 Der Spiegel von 1968 [

Globales Referenzsystem 3 [http://www.altimetry.info/html/appli/ocean/msl en.

3 Globales Referenzsystem 3 [ en.html] Für globale Messungen und Erdbeobachtungssatelliten: Weltweites Referenzsystem Räumlich und zeitlich sehr stabil International Terrestrial Reference System (ITRS) ITRF: Realisierung des ITRS durch SLR, GPS, DORIS, VLBI

Dichte des VLBI Netzwerkes 4 [http://ivs.nict.go.jp/mirror/stations/ns-map.

4 Dichte des VLBI Netzwerkes 4 [ Verdichtung des VLBI-Netzes auf der Südhalbkugel kleine Teleskope (günstiger, aber ungenauer) phase delay zur Genauigkeitssteigerung

5 Grundschema VLBI 5 Laufzeitdifferenz als Beobachtungen group delay und phase delay Der phase delay ist um den Faktor 60 genauer als der group delay, aber mehrdeutig mit 36 mm!

6 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung I/III 1 Parameterschätzung aus dem group delay ( ) x gr = A T PA A T P l gr mit Parametern für Basislinie und Uhren- und Atmosphärenverhalten 2 ggf. Ausreißereliminierung 3 Aus x gr werden die Residuen des phase delay bestimmt 6 4 ggf. Ausreißereliminierung r ph = l ph A x gr 5 Bestimmung der Mehrdeutigkeiten in den Phasenresiduen

7 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung I/III 1 Parameterschätzung aus dem group delay ( ) x gr = A T PA A T P l gr mit Parametern für Basislinie und Uhren- und Atmosphärenverhalten 2 ggf. Ausreißereliminierung 3 Aus x gr werden die Residuen des phase delay bestimmt 6 4 ggf. Ausreißereliminierung r ph = l ph A x gr 5 Bestimmung der Mehrdeutigkeiten in den Phasenresiduen

8 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung I/III 1 Parameterschätzung aus dem group delay ( ) x gr = A T PA A T P l gr mit Parametern für Basislinie und Uhren- und Atmosphärenverhalten 2 ggf. Ausreißereliminierung 3 Aus x gr werden die Residuen des phase delay bestimmt 6 4 ggf. Ausreißereliminierung r ph = l ph A x gr 5 Bestimmung der Mehrdeutigkeiten in den Phasenresiduen

9 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung I/III 1 Parameterschätzung aus dem group delay ( ) x gr = A T PA A T P l gr mit Parametern für Basislinie und Uhren- und Atmosphärenverhalten 2 ggf. Ausreißereliminierung 3 Aus x gr werden die Residuen des phase delay bestimmt 6 4 ggf. Ausreißereliminierung r ph = l ph A x gr 5 Bestimmung der Mehrdeutigkeiten in den Phasenresiduen

10 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung I/III 1 Parameterschätzung aus dem group delay ( ) x gr = A T PA A T P l gr mit Parametern für Basislinie und Uhren- und Atmosphärenverhalten 2 ggf. Ausreißereliminierung 3 Aus x gr werden die Residuen des phase delay bestimmt 6 4 ggf. Ausreißereliminierung r ph = l ph A x gr 5 Bestimmung der Mehrdeutigkeiten in den Phasenresiduen

11 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung II/III 7

12 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung II/III 7 Dichteschätzung der Residuen

13 Vorgehen zur Mehrdeutigkeitslösung III/III 8 6 Ausgleichung der mehrdeutigkeitsfreien Phasenbeobachtungen l af x ph = ph ( A T PA ) A T P l af ph

Basislinie Zwischen dem transportablen Radioteleskop TIGO in Wettzell und dem dort fest installierten 20 m Teleskop (1998-2000) 9

14 Basislinie Zwischen dem transportablen Radioteleskop TIGO in Wettzell und dem dort fest installierten 20 m Teleskop ( ) 9 [ vlb.jpg] Kurze Basislinie von 60 m Minimierung des Einflusses der Ionosphäre

15 Residuen nach der Ausgleichung 10 σ wmrs,gr = 30 psec, σ wmrs,ph = 3.8 psec Auswertung von 13 Sessions σ wmrs,ph < 10 psec: 85 % σ wmrs,gr /σ wmrs,ph : 5,0

16 Ergebnisse der Parameterschätzung 11 Genauigkeitssteigerung der Parameter σ CL,gr /σ CL,ph : 4, 9 σ AT,gr /σ AT,ph : 5, 1 σ xyz,gr 9 mm σ xyz,ph 1, 5 mm

17 Fazit und Ausblick Durchführung auf 13 Sessions für Tigo-Wettzell Mehrdeutigkeiten lassen sich automatisiert lösen Phase delay liefert auf Basislinie Tigo-Wettzell deutlich bessere Ergebnisse als der group delay Mehrdeutigkeitslösung unter Einfluss der Ionosphäre muss für lange Basislinien umgesetzt werden 12 erste Schritte hingehend der routinemäßigen Anwendung des phase delays für globale Lösungen mit einer gesteigerten Genauigkeit

18 . Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 13

19 Literatur Hase, H. and Petrov, L. (1999). The First Campaign of Observations with the VLBI-Module of TIGO. In Proceedings of the 13th Working Meeting on European VLBI for Geodesy and Astrometry, held at Viechtach. Herring, T. (1983). Precision and Accuracy of Intercontinental Distance Determination Using Radiointerferometry. Technical Report,Massachusetts Institute of Technology. Herring, T. (1992). Submillimeter Horizontal Position Determination Using Very Long Baseline Interferometry. Journal of Geophysical Research: Solid Earth ( ), 97(B2): Petrov, L. (1998). VLBI Phase Delay Ambiguity Resolution Project. Preliminary report. unpublished. Petrov, L. (1999). Steps towards Phase Delay VLBI. Proceedings of the 13th Working Meeting on European VLBI for Geodesy and Astrometry, Viechtach, pages Ray, J., Himwich, W., and Knight, C. (1993). Radiointerferometric Survey between the GRAS and VLBA Antennas, Ft. Davis, TX. Geodynamics Series, 25: Rogers, A., Knight, C., Hinteregger, H., Whitney, A., Counselman, C.,Shapiro, I., Gourevitch, S., and Clark, T. (1978). Geodesy by radiointerferometry: Determination of a 1.24-km Baseline Vector with 5-mm Repeatability. Journal of Geophysical Research: Solid Earth ( ), 83(B1):

20 Group und phase delay Aufnahme im X-Band: 15 Genauigkeit der Beobachtung: group delay : σ τgr = phase delay : σ τph = 1 SNR ω 1 SNR ω 0

21 Ausgleichung von VLBI Beobachtungen Grundgleichung für zwei Stationen a und b bei Ausgleichung einer Basislinie: τ = 1 c b k Erweiterung des funktionalen Zusammenhangs: τ = 1 c b W(x p, y p )S(UT 1)PN(X, Y ) k + e 16 } 1) Geometrie und EOP + T0 b + T1 b (t t 0 ) + T2 b (t t 0 ) 2 } 2) Uhr + mw a [ L a w0 + L a w1(t t 0 )] [ ] + mw b L b w0 + L b 3) Atmosphäre w1(t t 0 ) Zusätzlich stückweise lineare Funktionen für das Atmosphären- und Uhrenverhalten

22 Ergebnisse aller Sessions σ wrms [psec] group phase 00FEB07XA JAN27XA MAY15XA AUG17XA DEC14XA JUL20XK JUN22XA MAY19XE AUG16XA FEB01XA FEB04XK JUN28XA OCT11XA Anzahl σ wrms < 10 psec 10/13 17

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