Gravitationsfeldbestimmung aus der Analyse kurzer Bahnbögen am Beispiel der Satellitenmissionen CHAMP und GRACE

Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Modellansätze für die Auswertung von SST-Beobachtungen zur Gravitationsfeldbestimmung vorgestellt, die besonders auf Satellitenmissionen wie CHAMP und GRACE abgestimmt sind. Das heißt, die Ansätze nutzen die gemeinsame Eigenschaft dieser Satellitenmissionen aus: die hohe Datenrate entlang der Orbits. Dies ermöglicht die Auswertung kurzer Bahnbögen, wie sie zum Beispiel für die regionale Gravitationsfeldbestimmung benätigt wird. Bei den Beobachtungen muss man zwischen dem low-low-SST-Prinzip, dass bei GRACE durch den K-Band-Enfernungsmesser realisiert ist, und dem high-low-SST-Prinzip in der Form kinematisch bestimmter Bahnen aus GPS-Beobachtungen unterscheiden. Während die Ansätze für das letztere Prinzip ausgereift sind, erreichen die in den letzten Jahren entwickelten Ansätze für die low-low-SST-Beobachtungen noch nicht die benötigte Genauigkeit. Der Grund hierfür liegt im Wesentlichen darin, dass für die Auswertung neben den hochgenauen Relativmessungen auch die, im Vergleich hierzu, ungenauen Bahndaten aus GPS-Messungen benötigt werden. Daher wird in dieser Arbeit ein neuer Ansatz entwickelt (der Integralgleichungsansatz), der diesen Sachverhalt berücksichtigt.<br /> Außerdem werden in dieser Arbeit zwei Gravitationsfeldmodelle vorgestellt: Das Gravitationsfeldmodell ITG-Champ01, dass aus den Daten der CHAMP-Mission berechnet wurde und das ITG-Grace01s-Modell, für das die Daten der GRACE-Mission verwendet wurde. Der anschließende Vergleich mit anderen Lösungen und die Validierung mit externen Daten dient zur Qualitätsbeurteilung.

<strong>Gravityfield recovery by analysis of short arcs of the satellite missions CHAMP and GRACE</strong><br /> In this thesis different approaches to the analysis of SST observations for gravity field recovery are introduced being particularly tailored to the satellite missions CHAMP and GRACE. That is those approaches make use oft he common feature of the two satellite missions: the high sampling rate along the orbits. This allows the evaluation of short arcs of the satellite orbit, such as needed for regional gravity field analysis. Regarding the observations it has to be distinguished between the principle of low-low-SST, as realised in case of GRACE with the K-band ranging system, and the high-low-SST principle in terms of kinemetically determined orbits derived from GPS observations. Whereas the latter principle already features sophisticated approaches, the approaches having been developed for low-low-SST during the recent years have not shown the required accuracy so far. One reason for this is the fact that in addition to the high-precision relative measurements the comparatively inaccurate GPS observations are required as well. Therefore in this thesis a new approach is introduced (the integral equation approach), which takes these circumstances into account.<br /> Furthermore in this thesis two gravity field models are presented: the gravity model ITG-Champ01, having been calculated from CHAMP data and the ITG-Grace01s model which is based on data from the GRACE mission. The subsequent comparison with further solutions and a validation step with external data serve as quality evaluation.