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TU Berlin

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Signal Power Analysis of GNSS Reflections Recorded at Kongsfjorden, Spitsbergen

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

Luis Peraza (Erfolgreiche Fertigstellung May 2016)

Der modifizierte GNSS-Receiver, GORS, aufgestellt im Ort Ny-Ålesund auf der Insel Spitzbergen, Svalbard, wurde zur Beobachtung von GNSS-Reflektionen auf dem angrenzenden Kongsfjord verwendet. Zwei Antennen, eine in rechtshändiger zirkulärer Polarisation (RHCP) zum Zenit gerichtet, die andere in linkshändiger zirkulärer Polarisation (LHCP) horizontal geneigt, wurden 2013 auf dem Zeppelin-Berg installiert und zeichnen seitdem fast ununterbrochen Signale auf. Das Sichtfeld vom Berg hinab erlaubt es, unter Verwendung einer Elevationsmaske von 2° bis 10° über dem Horizont, bis zu 14 km von der Empfängerposition entfernte Reflektionen vom gesamten Fjord sowie von daran angrenzenden Landflächen zu erfassen. Pro Tag wurden zwei Reflektionen pro PRN erfasst, ein Aufgangs- und ein Untergangs-Ereignis, welche über den Zeitraum eines Jahres analysiert werden. Diese Daten wurden verwendet, um das Verhalten der reflektierten Signalleistung in Abhängigkeit von jahreszeitlichen Veränderungen auf der Wasseroberfläche des Fjords zu studieren, unter Annahme des Vorhandenseins von Meereis. Es wurde eine neue Methode zur Ableitung der Signalleistung für die Beobachtung von aufgezeichneten Signalamplituden getestet. Die In-Phase (I)-Komponente des Signals wurde zur Ableitung der direkten und reflektierten Leistung genutzt, die Quadratur-Phase (Q) lieferte das Hintergrundrauschen. Für die Arbeit wurden nur Daten verwendet, die von der Zenit-Antenne (Master-Samples) aufgezeichnet wurden. Hauptsächlich wurde ein starkes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) mit vorwiegend Werten über 40 dB für Reflektionen aus den Bereichen des Fjords beobachtet, die während der Eisperiode eisfrei waren. Aufgrund des signifikant geringen Vorkommens von Meereis während der Beobachtungszeit im Vergleich zu vorhergehenden Jahren stammen nur wenige der aufgezeichneten Reflektionen von Meereis. Die erfassten SNR-Werte von den Beobachtungen auf Meereis waren vergleichsweise stärker als die auf Wasseroberflächen, was mit den Fresnel-Reflektionskoeffizienten für RHCP LBand-Signale auf solchen Medien korrespondiert. Dennoch, und entsprechend den gleichen Koeffizienten, wurden stärkere Signalreflektionen für Beobachtungen auf Meereis erwartet, da diese bei niedrigeren Elevationen erfolgten als die auf Wasser. Dadurch konnten keine endgültigen Schlussfolgerungen über SNR- Änderungen bei Meereisreflektionen gezogen werden. Nichtsdestotrotz zeigt diese Untersuchung die Verwendbarkeit der GNSS-R-Technik für die Überwachung von arktischen Küstenregionen oder anderen Umgebungen, die sonst nur sehr schwer erreichbar sind und/oder mit den etablierten Fernerkundungstechniken nicht geeignet beobachtet werden können.

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