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Radar-Satellitenmission TanDEM-X: wie hoch ist die Erdoberfläche?

22.06.2010 - (idw) Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Präzise Abstandmessung mit TOR Radar-Satellitenmission TanDEM-X: wie hoch ist die Erdoberfläche?
Präzise Abstandmessung mit TOR
Vom Weltraumbahnhof Baikonur (Kasachstan) wurde am 21. Juni um 04:14:02 Uhr MESZ der deutsche Erdbeobachtungssatellit TanDEM-X auf seine Umlaufbahn in 514 Kilometern Höhe gebracht. Mit an Bord: das vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ entwickelte Navigationsinstrument TOR. TanDEM-X soll Daten der Höhe der Erdoberfläche mit bisher unerreichter Auflösung erfassen. Die technische Grundlage dafür ist das TOR-Instrument, ohne welches die Mission nicht möglich wäre.
Um die angetrebte Genauigkeit zu erreichen, tasten die beiden nahe beieinander fliegenden Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X mit Radar-Verfahren die Erdoberfläche ab. Kennt man den Abstand der beiden Satelliten voneinander, kann aus dieser Dreieckskonstellation die Höhenerhebung der Erdoberfläche bestimmt werden. Daher ist die Bestimmung des Abstands der Satelliten von entscheidender Bedeutung. Dazu dient das TOR-Instrument.
Bei der Erstellung der Höhenmodelle (Digital Elevation Models, DEM) mit der angestrebten hohen Genauigkeit ist die ständige und präzise Bestimmung dieses Abstands, der Basislinie, die entscheidende Grundlage. Als Daumenregel gilt, dass ein Millimeter-Fehler auf der Basislinie einen Fehler im Meterbereich nach sich zieht. Das TOR-Instrument fliegt auf beiden Satelliten. Aus den GPS-Messsignalen des Instruments kann man die Basislinie hochgenau ableiten. Das GFZ bestimmt aber nicht nur die Basislinie, sondern nutzt das TOR-Instrument auch zur Erfassung global verteilter Vertikalprofile von atmosphärischen Zustandsgrößen wie Temperatur und Wasserdampfgehalt und zur Überwachung des Zustands der Ionosphäre. Zudem sollen die aus TOR abgeleiteten Bahninformationen zu geowissenschaftliche Aufgaben mit Hilfe von SAR-Daten dienen. Dieses Haupt-Messverfahren der TerraSAR-X- und TanDEM-X-Satelliten wird für ökologische, geophysikalische und hydrologische Untersuchungen genutzt. Insbesondere Hangrutschungen, Bodensenkung in bebauten Gebieten, Eisoberflächen und Gletscherabnahme, Oberflächenwasser und erdbebenrelevante seismische Deformationen können damit analysiert werden.
Das TOR-Instrument besteht aus einem Zweifrequenz-GPS-Empfänger und einem Laserreflektor für die Bahnvermessung mittels "Satellite Laser Ranging" (SLR). Der GPS-Empfänger ist eine Entwicklung des US Jet Propulsion Laboratory, während der SLR-Reflektor eine hauseigene Entwicklung des GFZ ist und bereits auf den Geoforschungsatelliten CHAMP und GRACE fliegt. Das TOR-Paket ist auf fünf Satelliten im Einsatz; sein GPS-Empfänger liefert wetterunabhängig kontinuierlich Messungen im 5-Sekundentakt. Die grosse Menge der GPS-Daten und ihre hohe Genauigkeit ermöglichen die kontinuierliche und millimetergenaue Ermittlung der Basislinie und die zentimetergenaue Positionsbestimmung der Satelliten in dichter Abtastung. Die Laserimpulse der 25 weltweit verteilten Bodenstationen dienen zur Kalibrierung der GPS-Messungen, eine dieser Stationen betreibt das GFZ in Potsdam.

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