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GNSS-Fernerkundung, Navigation und PositionierungAtmosphären-Modell

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Atmosphären-Modell für das GNSS

Beispiel der 'zenith wet delay'-Verteilung, abgeleitet vom "Global Forecast System (GFS)" für 31.05.2013, 18 UTC.
Lupe

Das Atmosphären-Modell für das GNSS (die Komponente, welche die Ausbreitung von Radiosignalen in der Atmosphäre beschreibt) besteht aus Anteilen für die Troposphäre und die Ionosphäre.

Troposphäre: Druck-, Temperatur- und Feuchtefelder stammen von einem globalen Numerischen Wetter Modell (NWM); dem Global Forecast System (GFS) des National Centers for Environmental Prediction (NCEP) (www.ncep.noaa.gov). Wir verwenden einen ray-tracing-Algorithmus [1] und leiten damit Stations-spezifische hydrostatische (feuchte) Laufzeitverzögerungen für den Zenith, die Koeffizienten der Mapping-Funktion [2]  und die horizontalen gradienten Komponenten [3] ab. Für Re-Analysen verwenden wir die Analyse des NWM, während wir in Echtzeitanwendungen Kurzfristvorhersagen des NWM verwenden. Als Beispiel zeigen animierte Bilder, siehe ftp://ftp.gfz-potsdam.de/pub/home/kg/zusflo/TRO/MOVIEs/, die Zeitentwicklung der Troposphärenparameter für einen beliebigen Tag. Die  Troposphärenparameter werden als Referenz in Validationsstudien benutzt [4] und deren Anwendung verbessert die Präzise Punkt-Positionierung [5].

Ionosphäre: Das Elektronendichtefeld stammt von einem klimatologischen Modell, der International Reference Ionosphere (IRI) (http://iri.gsfc.nasa.gov/), und das Erdmagnetfeld  basiert auf dem International Geomagnetic Reference Field (IGRF) (http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html). Wir verwenden einen ray-tracing-Algorithmus [6] und leiten daraus Ionosphärenparameter ab, welche dann für Korrekturen höherer Ordnung in präzisen Anwendungen verwendet werden können [7]. Als Beispiel zeigen die animierten Bilder, siehe ftp://ftp.gfz-potsdam.de/pub/home/kg/zusflo/ION/MOVIEs/, den (simulierten) Einfluss dieser Korrekturen höherer Ordnung auf geschätzte Stationskoordinaten, Uhren und Troposphärenparameter in der Präzisen Punkt-Positionierung.

Die Tropospähren- und Ionosphärenparameter für spezielle Stationen und/oder für ein bodennahes Gitter werden auf Anfrage zur Verfügung gestellt.

Referenzen:

[1] Zus, F., Dick, G., Dousa, J., Heise, S., and Wickert, J.: The rapid and precise computation of GPS slant total delays and mapping factors utilizing a numerical weather model, Radio Sci., 49, 207–216, doi:10.1002/2013RS005280, 2014.

[2] Zus, F., Dick, G., Dousa, J., and Wickert, J.: Systematic errors of mapping functions which are based on the VMF1 concept, GPS Solut., 19, 277–286, 2015a.

[3] Zus, F., Dick, G., Heise, S., and Wickert, J.: A forward operator and its adjoint for GPS slant total delays, Radio Sci., 50, 393–405, doi:10.1002/2014RS005584, 2015b.

[4] Li, X., F. Zus, C. Lu, T. Ning, G. Dick, M. Ge, J. Wickert, and H. Schuh.: Retrieving high-resolution tropospheric gradients from multiconstellation GNSS observations. Geophys. Res. Lett., 42, 4173–4181. doi: 10.1002/2015GL063856, 2015.

[5] Lu, C., Li, X., Zus, F., Heinkelmann, R., Dick, G., Ge, M., Wickert, J., and Schuh, H.: Improving BeiDou real-time precise point positioning with numerical weather models, Journal of Geodesy, 91, 1019-1029, doi:10.1007/s00190-017-1005-2, 2017.

[6] Zus, F., Z. Deng, S. Heise, and J. Wickert: Ionospheric mapping functions based on electron density fields, GPS Solut., 21, 873–885, doi:10.1007/s10291-016-0574-5, 2017a.

[7] Zus, F., Z. Deng, and J. Wickert: The impact of higher-order ionospheric effects on estimated tropospheric parameters in Precise Point Positioning, Radio Sci., 52, doi:10.1002/2017RS006254, 2017b.

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