Flugzeuggestützte GNSS-Fernerkundung über dem Mittelmeer

GEOHALO

Für die GEOHALO-Mission wurden verschiedene geowissenschaftliche Instrumentierungen an Bord des deutschen Forschungsflugzeugs HALO (High Altitude and Long Range Aircraft, siehe Abb. 1) integriert. Die vier Missionsflüge im Juni 2012 deckten große Teile Italiens und des angrenzenden Mittelmeers ab. An Bord des Flugzeugs wurden neben GNSS-Messungen zur Reflektometrie (GNSS-R) und Positionierung auch Messungen zur Laseraltimetrie, Gravimetrie und Magnetometrie absolviert. Die gesammelten Reflektometriedaten werden derzeit am GFZ zur Bestimmung der Meeresoberflächentopografie ausgewertet.

Im Rahmen der GEOHALO-Mission wurden die am GFZ entwickelten Methoden für die bodengestützte GNSS-R Altimetrie für die Anwendung auf Flugplattformen weiterentwickelt. Dabei standen vor allem Beobachtungen der Trägerphase im Vordergrund. Die Präzision der Trägerphase ist deutlich höher, als bei herkömmlichen Codebeobachtungen. Die Gewinnung der Trägerphaseninformation setzt jedoch spiegelnd reflektierte Signale voraus.

Im Vergleich mit vorangegangenen küstengestützten Messungen ist eine deutlich eingeschänkte Kohärenz der reflektierten Signale zu erkennen, bedingt durch die Höhe des Flugzeug (etwa 3500 m über NN), die Rauhigkeit des offenen Meeres und die Dynamik der Trajektorie.

Dennoch zeigen die Ergebnisse des GEOHALO-Experiments, dass die GNSS-R Trägerphase auch auf Flugplattformen beobachtet werden kann. Aus diesen Beobachtungen lässt sich die Meereshöhe entlang der Reflektionsspur schätzen. Ziel der Studie ist die Auflösung von Meereshöhenanomalien (dynamische Meerestopographie) mit einer Präzision von wenigen Zentimetern. Abb. 2 zeigt die mittlere dynamische Meerestopographie (MDT) nach einem globalen Modell im Zielgebiet der GEOHALO Mission. Die Werte sind auf das Geoid als Referenzfläche bezogen.

Durch phasengenaue altimetrische Auswertung kann die Topographie entlang mehrerer Ereignisse geschätzt werden. Bei günstigen Geometrien ergbit sich eine Übereinstimmung mit Residuen von weniger als 10 cm Standardabweichungen. Allerdings beeinflussen ungünstige Geometrien und atmosphärische Fehler die Genauigkeit der Methode [Semmling et al., 2014].

Referenz

Semmling, A. M.; Beckheinrich, J.; Wickert, J.; Beyerle, G.; Schön, S.; Fabra, F.; Pflug, H.; He, K.; Schwabe, J. & Scheinert, M. Sea surface topography retrieved from GNSS reflectometry phase data of the GEOHALO flight mission Geophysical Research Letters, 2014, 41, 954-960

 

 

Kontakt

Maximilian Semmling
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Dr. Maximilian Semmling
Geodätische Weltraumverfahren
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