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GEROS-ISS: Innovative Ocean Remote Sensing using GNSS Reflectometry onboard the International Space Station

Blick vom Aufbau, mit GNSS Antennen im unteren Teil, zum inneren Kongsfjord in nord-östlicher Richtung.
Lupe [1]

Eine GNSS-Station inkl. Reflektometrieempfänger wurde am Kongsfjord (Spitzbergen) installiert, 78°54’14’’N, 11°52’37’’O, 512m über WGS-84. Diese Permanentstation wird vom GFZ in Zusammenarbeit mit dem NPI (Norwegisches Polarinstitut) auf dessen Außenposten am Zeppelinberg betrieben. Sie sammelt Beobachtungen des Fjords und angrenzender Landflächen. Besonders die wechselnden Oberflächenformen des Fjords (u.a. Meereis) und die variable Schneebedeckung über Land sind von großem Nutzen um GNSS Reflektometrieanwendungen zu untersuchen.

Der Aufbau umfasst einen GORS (GNSS Okkultation Reflektometrie Scatterometrie) vierfrontend-Empfänger auf Grundlage eines kommerziellen JAVAD Geräts. Der Empfänger ist verbunden mit einer nach oben schauenden Antenne und zwei weiteren, die zum Horizont gekippt sind. Die gekippten Antennen haben entsprechend rechtshändige und linkshändige Polarization. Der Aufbau befindet sich etwa 476m über dem mittleren Meeresspiegel mit einem weitreichenden Blick über den Kongsfjord.

Reflektionen werden bei kleinen Elevationswinkeln des Senders (zwischen 10° und 2°) beobachtet, sowohl über dem Fjord als auch über den angrenzenden Landflächen. Ein der Topographie angepasstes Reflektionsmodell, welches geneigte Facetten der Oberfläche berücksichtigt, wurde entwickelt und vorgestellt [1]. Es beinhaltet ein digitales Geländemodell bereitgestellt durch das NPI. Die relative Dopplerverschiebung (reflektiertes zu direktem Signal) wird für jede reflektierende Facette berechnet.

Es bleiben Herausforderungen in der Datenprozessierung etwa durch die Trift der GNSS Satellitenorbits. Dadurch sind Reflektionspunkte in großen Entfernungen variabel, obwohl der Satellit nach einem siderischen Tag wiederkehrt. Das langfristige Ziel ist die Kartierung des Signal-zu-Rausch Verhältnisses (SNR) der mehr als 50 wiederkehrenden Reflektionsereignisse für einen 3-Jahreszeitraum. Der Einfluss der Oberflächenrauhigkeit und des Flüssigwassergehaltes auf das SNR soll für Boden, Schnee- und Eisflächen untersucht werden. Die Daten aus 2014 zum SNR über dem Fjord wurden bereits im Rahmen einer Masterarbeit ausgewertet [2].

Referenzen:  

[1] Semmling, M.; Peraza, L.; Falck, C.; Gerland, S. & Wickert, J.: Doppler shift estimation for GNSS reflectometry using a land topography adapted reflection model. Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly, 2016, Vol. 18, EGU2016-17139  

[2] Peraza, L.: Signal Power Analysis of GNSS Reflections recorded at Kongsfjorden, Spitsbergen. Technical University Berlin, 2016

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