Bestimmung des Gesamtelektroneninhalts der Ionosphäre aus PRARE-Entfernungs- und Dopplerbeobachtungen:
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Titel: Bestimmung des Gesamtelektroneninhalts der Ionosphäre aus PRARE-Entfernungs- und Dopplerbeobachtung
Autor: Flechtner, Frank
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis .XI
1 Einführung .1
2 Das PRARE-System .4
2.1 Projektübersicht.4
2.2 Konzept und Meßprinzip .7
2.3 Datenquantität und-qualität .9
3 Atmosphärenschichten und ihre Eigenschaften .12
3.1 Unterteilung der Atmosphäre .12
3.1.1 Temperaturverlauf .12
3.1.2 Grad der Ionisation.12
3.2 Signalausbreitung in der Atmosphäre .14
3.2.1 Brechung in der Troposphäre .15
3.2.2 Brechung in der Ionosphäre .15
3.3 Zeitliche und räumliche Variationen in der Ionosphäre .18
3.3.1 Zeitliche Variationen.19
3.3.2 Räumliche Variationen .21
4 Methoden und Modelle zur Bestimmung des TEC .23
4.1 Zweifrequenzverfahren .23
4.2 Erfassung der Ionosphäre mittels Radiowellen .24
4.2.1 Faraday-Rotationsmessungen.24
4.2.2 Incoherent Scatter Radar.25
4.2.3 Ionosonden .26
4.3 Empirische und post-processing Modelle.26
4.3.1 Die Internationale Referenz Ionosphäre.27
4.3.2 CODE Global Ionospheric Maps.28
4.3.3 IGS Global Ionospheric Maps.32
4.4 Okkultationsmessungen.32
5 Vorverarbeitung der Entfernungs- und Dopplerbeobachtungen .34
5.1 Dekodierung der Rohdaten .34
5.2 Korrektur der Entfernungs- und Dopplermessungen .36
5.2.1 Korrektur der Entfernungsmessungen .36
5.2.1.1 Mehrdeutigkeiten.37
5.2.1.2 Variation der Signalempfangsstärke am Bordsegment .37
5.2.1.3 Variation der Signallaufzeit in der Bodenstation .38
5.2.1.4 Variation der Signalsendestärke der Bodenstation.39
5.2.1.5 Variation der Temperatur des Bordsegments .41
5.2.1.6 Variation der Trägerfrequenz .43
5.2.1.7 Variation der Frequenz des Codes .44
5.2.1.8 Mittelung der Entfernungsmessungen aus 91 Einzelmessungen . 46
5.2.1.9 Benutzter Kanal .48
Inhaltsverzeichnis
vni
49
5.2.1.10 Troposphärische Refraktion.^
521.11 Ionosphärische Refraktion.
52.1.12 Phasenzentrum der Bord- und Bodensegmentantenne .5i
5.2.1.13 Massenzentrum des Satelliten .
5.2.1.14 Referenzpunkt der Bodenstation .^
5.2.1.15 Zusammenfassung .
5.2.2 Korrektur der PRARE-Doppler-Beobachtungen.^
5.3 Transformation der Bordzeitskala nach UTC .
5.4 Bildung von Normalpunkten .
6 Nutzung des PRARE-Systems zur Bestimmung des TEC 65
6.1 Einweg-Laufzeitdifferenzmessungen der Bodenstation.
6.2 Zweiweg-DRVID-Beobachtungen des Bordsegments.°o
6.2.1 Synchronisation der Entfemungs- und Doppler-Beobachtungen .67
6.2.2 Integration der DRVID-Beobachtungen.6°
6.2.3 Vorauswahl der DRVID-Beobachtungen.68
6.2.4 Bestimmung der Integrationsunbekannten.70
6.2.5 Polynomdarstellung der DRVID-abgeleiteten Laufzeitdifferenzen.71
7 Aufdeckung von Mehrwegeffekten am ERS-2-Solarzellenausleger durch das
DRVDD-Verfahren.74
79
8 Kalibration der Laufzeitdifferenzmessungen .'"
8.1 Transformation des TEC in die Vertikale .79
8.2 Relative Kalibration.82
8.3 Absolute Kalibration .86
8.3.1 Absolute Kalibration unter Annahme einer konstanten Ionosphäre.86
8.3.2 Absolute Kalibration mittels der Common-View-Methode .88
8.3.3 Absolute Kalibration mittels globaler Ionosphärenmodelle.89
9 ValidationderPRARE-TEC-Daten.97
9.1 Vergleiche mit TOPEX/POSEIDON Zwei-Frequenz-Altimeter-Daten .97
9.1.1 Die TOPEX/POSEIDON Mission .97
9.1.2 Vergleichskonzept.98
9.1.3 Ergebnisse."
9.2 Monatsmittelwerte entlang eines Referenzmeridians.103
9.2.1 Monatsmittelwerte für europäische Stationen.
9.2.2 Monatsmittelwerte für Äquatorstationen .
10 Anwendung des PRARE-TEC in der ERS-2-Altimetrie.l09
10.1 Modellierung des PRARE-TEC entlang der ERS-2-Bodenspur.l09
10.2 Anwendung des Kombinationsmodells.*12
11 Verbesserungsvorschläge für zukünftige PRARE-Anwendungen.115
11.1 Laufzeitdifferenzmessungen in der Bodenstation über Phasensignale .l15
11.2 Rücksendung des S-Band-Signals .115
11.3 Relative Kalibration der Laufzeitdifferenzmessungen.116
11.4 Anbringung der Bordsegmentantenne am Satelliten.116
Inhaltsverzeichnis IX
11.5 Design der Bodenstation .116
11.6 Missionsparameter.117
12 Zusammenfassung .119
Anlage A Herleitung der PRARE-Doppler-Beobachtungsgleichung.122
Anlage B Format des PRARE-Ionosphärenproduktes .126
Literaturverzeichnis .127
Lebenslauf .135
Danksagung .136 |
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