Satellitengeodäsie
Unter Satellitengeodäsie versteht man die Erdvermessung (Geodäsie) mittels Beobachtung künstlicher Erdsatelliten.
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Drei Prinzipien
Für den Einsatz geodätischer Satelliten bzw. für die geodätische Nutzung von anderen Erdsatelliten gibt es prinzipiell drei methodische Vorgangsweisen:
- Geometrische Satellitengeodäsie: Richtungs- und Distanzmessungen zum Aufbau von Netzen für die Positionsbestimmung der Messpunkte und Berechnung ihrer Koordinaten
- Dynamische Satellitengeodäsie: Bahnbestimmung von Satelliten und Analyse der Bahnstörungen zur Bestimmung des Schwerefeldes der Erde
- Kombinierte Verfahren, hauptsächlich für die Ortung und Navigation - z. B. mittels GPS-Satelliten.
- Einige Sonderverfahren zu den 3 Gruppen sind unter den Messmethoden angeführt.
Durch Optimierung dieser Methoden konnte die Erdmessung, die Punktbestimmung und die Definition von Bezugssystemen seit 1970 von einigen Metern Genauigkeit bis in den cm-Bereich und teilweise sogar in den Sub-Millimeter-Bereich gesteigert werden.
Einteilung nach Messmethoden
In der Satellitengeodäsie wird eine Reihe sehr verschiedener Messmethoden angewendet. Sie lassen sich wie folgt gliedern:
Richtungsmessungen
- Visuell: am Beginn der Raumfahrt (1957 bis etwa 1970). Messung im Fernrohr oder Feldstecher vor dem Hintergrund des Sternhimmels oder mit speziellen Theodoliten; erreichbare Genauigkeit 10-50"
- Fotografisch: 1957 bis etwa 1980, "ballistische" Kameras mit Fotoplatten, spezielle Satellitenkameras auch mit Filmen; Brennweite 20-100 cm, Genauigkeit 1-5". Später durch Funkverfahren und CCD verdrängt
- CCD-Kameras: seit etwa 1995, verstärkt ab 2000 (automatische Steuerung). Genauigkeiten bis 0,5"
- Mit Funkwellen (ungenauer) und Interferometrie (rel. aufwendig)
- Astrometrie durch Scannen des Sternhimmels und Zeitmessung (siehe Hipparcos): indirekt geodätisch nutzbar als Bezugssystem.
Siehe auch: ballistische Kamera, Strichspur, Sterndurchgang, Moonwatch
Distanzmessungen
- Elektronische Distanzmessung mit Mikrowellen (z. B. SECOR bis etwa 1970; GPS siehe unten) und mit Radar: heute auch zwischen Satelliten (SST, s. u.) und mit Geschwindigkeitsmessung (PRARE) auf wenige mm.
- Laser Ranging durch Laufzeitmessung extrem kurzer Laser-Impulse. Seit etwa 1965 (±5 m genau), heute ebenfalls einige mm.
- Dopplereffekt, siehe auch Hyperbel- und Funknavigation. Bekanntestes Verfahren 1964-1995 war "Transit" (NNSS, ±20 m bis 30 cm), heute globales DORIS-System etwa ±10 cm.
- Pseudoranging: Laufzeitmessung kodierter Mikrowellen, Uhrfehler wird aus Überbestimmung berechnet. Messmethode von GPS-NAVSTAR, GLONASS und des künftigen Galileo, Genauigkeit mm...cm je nach Methode.
- Alle o. a. Messungen sind wegen der Atmosphäre zu korrigieren, ihre Genauigkeit durch längere Messreihen und spezielle Bahn- und Auswertungsmethoden zu steigern. "Zweiwegmessungen" (hin und zurück) sind genauer als Einwegmessungen.
Höhenmessung
oder Satellitenaltimetrie über dem Meer, künftig auch über Eisflächen: Laufzeitmessung eines Radarimpulses, der von der Meeresoberfläche reflektiert wird. Genauigkeit 1978 (Seasat) um 20 cm, heute im cm-Bereich. Wichtige Methode der Geoid-Bestimmung und für die Ozeanografie (Wind, Wellen, Meeresströmungen), Einsatz u.a. bei den ERS-Satelliten der ESA.
SST und Geschwindigkeit
- SST (Satellite to Satellite Tracking): Mikrowellen-Distanzmessung zwischen Satelliten. Erste Versuche 1975, äußerst erfolgreich bei Zwillings-Satellit GRACE (2004) für Details im Schwerefeld.
- Geschwindigkeit: aus Differenzen von Radarmessungen, v. a. aber mit Dopplereffekt (Transit, DORIS) und mit "Precise RAnge and range Rate Exp." (PRARE, für diverse Sonden ab 1990).
Gradiometrie
- Messung von Schweregradienten (Unterschied im Schwerefeld an verschiedenen Stellen des Satelliten). Erstmals bei GOCE 2008.
- Messung von Beschleunigungen im Satelliten durch Accelerometer- und Kreiselsysteme. Entwicklungsprobleme seit 10 Jahren, erstmals bei GOCE.
Fernerkundung und Kartografie
(siehe Spezialartikel): Fotos oder digitale Aufnahmen von der Erdoberfläche, bzw. multispektrale Scanner, Side Looking Radar usw. Geodätisch nutzbar v. a. als Interferometrie bei lokalen Prozessen der Geodynamik.
Kurze Erfolgsgeschichte der Satellitengeodäsie
(geplant in Stichworten): u. a. Ballonsatellit - Bahndynamik - Erdabplattung - Weltnetz der Satellitentriangulation - Fernerkundung/ Landsat - Landesvermessung - Altimetergeoid - Lasertechnik - GPS - Erdmodelle - Geodynamik - Erdschwerefeld (CHAMP und GRACE).
Siehe auch
- Satellitennavigation, CCD, EDM, Hyperbelverfahren, Satellite Laser Ranging, Satellitenkamera, VLBI
- Erdellipsoid, Erdschwerefeld, Geoid, ITRS, Fundamentalsystem, Plattentektonik
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