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GNSS-Fernerkundung, Navigation und PositionierungGARCA

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GNSS-Reflectometry Assessment of Requirements and Consolidation of Retrieval Algorithms

Schematische Übersicht über das GEROS-Experiment, das an Bord der Internationalen Weltraumstation ISS installiert werden soll. Rote Linien symbolisieren die GNSS-Reflektometriemessungen über Wasser, Eis und Land. Blaue Linien zeigen die kohärenten Reflektometrie- und Radiookkultationsmessungen und in grün sind die Signale dargestellt, die aus Zenitrichtung empfangen werden und zur Bestimmung der genauen Bahninformation (Position und Geschwindigkeit) der GEROS-Nutzlast und für 3D-Rekosntruktionen der Elektronendichte über der ISS genutzt werden.
Lupe

GARCA war eine durch die Europäische Weltraumbehörde ESA finanzierte wissenschaftliche Studie, die im Rahmen der Vorbereitungen auf die GEROS-ISS Mission [1] zur Anwendung der GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) an Bord der Internationalen Weltraumstation durchgeführt wird. Im Rahmen von GEROS-ISS sollen Signale von Navigationssatelliten zur Fernerkundung von Ozean-, Eis-, und Landoberflächen sowie zur Atmosphärensondierung genutzt werden und daraus Informationen über Klimaänderungen abgeleitet werden.

Die GARCA-Studie wurde von einem internationalen Konsortium unter Leitung des GFZ durchgeführt und nach zweijähriger Projektlaufzeit 8. November 2016 abgeschlossen [2]. Zum Konsortium gehörten sieben Institute und Firmen aus sechs verschiedenen Ländern:

• Deutsches GeoForschungsZentrum, GFZ, Deutschland
• Collecte Localisation Satellites, CLS, Frankreich
• DEIMOS Engenharia, Portugal
• Institute for Space Studies of Catalonia, IEEC, Spanien
• Institute français de recherche pour l'exploitation de la mer, Ifremer, Frankreich
• Nansen Environmental and Remote Sensing Centre, NERSC, Norwegen
• National Oceanography Centre, NERC (NOC), Großbritannien.

Ziel von GARCA war die Bewertung und Konsolidierung der wissenschaftlichen Anforderungen und Auswertealgorithmen für weltraumgestützte GNSS-Reflektometrie­experimente mit Fokus auf die GEROS-ISS-Mission und deren primären und sekundären Datenprodukten (Meeresoberfläche und Ozeanoberflächenrauhigkeit). Der Schwerpunkt der Arbeiten war die Entwicklung eines End2End-Simulators für die geplanten GEROS-ISS Messungen (GEROS-SIM) und die Bewertung der erwarteten Level2-Datenprodukte (L2-Performance). GEROS-SIM ist über das Internet für Wissenschaftler zugreifbar gemacht und so können eigene Studien zur GNSS-Reflektometrie durchgeführt werden. GARCA profitierte von verschiedenen GNSS-R-Experimenten und –Kampagnen, die von den Mitgliedern des Konsortiums innerhalb der vergangenen Dekade durchgeführt wurden und deren Daten zur Verfügung stehen. Hinzu kamen Daten eines neuen GNSS-R-Flugexperimentes, das in 2015 durchgeführt wurde. Weiterhin wurden drei sogenannte OSSE (Beobachtungssystem-Simulationsexperiemente) am JPL, GFZ und durch NERSC durchgeführt, mit denen die ozenografische Signifikanz der erwarteten GEROS-Ergebnisse bewertet wurde. Insgesamt 12 herausragende internationale Wissenschaftler aus Europa und den USA nahmen an der Studie als externe Experten teil und haben dabei zur Formierung einer internationalen Nutzergemeinschaft für neue GNSS-R-Missionen beigetragen. Aus dieser Gemeinschaft heraus ist beispielsweise auch das Earth Explorer 9 Proposal G-TERN für eine neue GNSS-R- Satellitenmission entstanden.

Referenzen:

[1] Wickert, J., et al., GEROS-ISS: GNSS REflectometry, Radio Occultation, and Scatterometry Onboard the International Space Station, IEEE Journal of selected topics in applied Earth observations and Remote Sensing, Vol. 9, Issue: 10, p. 1_30, 10.1109/JSTARS.2016.2614428, 2016.

[2] GARCA team, GNSS-R assessment of requirements and consolidation of retrieval algorithms, Final Project Report, ESA-AO1-7850/14-GARCA-FR, pp 463, 2016.

[3] Wickert, J./Cardellach, E. et al., G-TERN: GNSS Transpolar Earth Reflectometry moNitoring system, Proposal for an Earth Explorer 9 Mission, European Space Agency, 2017.

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