Hochgenaue Satellitennavigation ist das wichtigste Beobachtungsverfahren der Geodäsie und Vermessung. Die Bereitstellung von Beobachtungen und abgeleiteten Produkten für die Satellitennavigationssysteme GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou und QZSS ist unsere Hauptaufgabe.

Die Radiointerferometrie auf langen Basislinien (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) ist ein hochgenaues Weltraumverfahren, das seit den 1970er Jahren in der Astrophysik wie auch in der Geodäsie eingesetzt wird und bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert hat. So können z.B. weltweite Entfernungen mit mm-Genauigkeit gemessen werden; die VLBI trägt wesentlich zum globalen terrestrischen Referenzrahmen (ITRF) bei und liefert als einziges der geodätischen Weltraumverfahren den Bezug zum himmelsfesten Referenzrahmen sowie alle Erdorientierungsparameter (Polbewegung, Weltzeit, Präzession/Nutation).

Standardpositionierung mit GNSS-Systemen haben in der Regel eine Genauigkeit im Meterbereich. Für präzise Anwendungen wie Geodäsie, Vermessung und Kartierung sowie für Frühwarnsysteme sind Positionen oder Positionsänderungen mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich erforderlich. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen Satellitenbahnen, Taktraten und atmosphärische Verzögerungen entsprechend ihrer räumlichen und zeitlichen Eigenschaften präzise bestimmt werden. Die Arbeitsgruppe konzentriert sich auf die Verbesserung der präzisen Echtzeit-GNSS-Positionsbestimmung in Bezug auf Genauigkeit, Integrität, Verfügbarkeit und Kontinuität, um die Anforderungen verschiedener hochpräziser Anwendungen zu erfüllen.

Die vier geodätischen Weltraumverfahren werden kombiniert, um globale terrestrische Referenzsrahmen (TRFs) zu bestimmen. Die derzeit verfügbaren globalen TRFs erfüllen nicht die notwendigen Genauigkeitsanforderungen des Globalen Geodätischen Beobachtungssystems von 1 mm Genauigkeit und 1 mm/Dekade Stabilität. Wir untersuchen verschiedene Kombinationsstrategien (local, global, space, und tropospheric ties) sowie technologische und konzeptionelle Weiterentwicklungen der geodätischen Weltraumverfahren.

Die Beobachtungen geodätischer GNSS-Bodenstationen können zur Messung des Wasserdampfgehaltes über den Stationen genutzt werden. Am GFZ werden derartige Messungen operationell ausgewertet und die Auswerteergebnisse zur Verbesserung von regionalen und globalen Wettervorhersagen und für Klimastudien genutzt. In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich bodengestützte GNSS-Verfahren zur Atmosphärensondierung (GNSS-Meteorologie) rasant entwickelt und zählen heute zu den Standardmethoden in der Atmosphärenfernerkundung. Die GNSS-Atmosphärendaten werden beispielsweise für klimatologische Studien [1], zur Verbesserung von geodätischen Positionierungslösungen [2] und seit 2006 auch kontinuierlich zur Verbesserung der täglichen Wettervorhersage genutzt [3].

GNSS-Signale werden von Wasser-, Eis- und Landoberflächen reflektiert. Damit können geophysikalische Parameter der reflektierenden Oberflächen, wie altimetrische Höhe, Rauhigkeit, Bodenfeuchte oder Schneehöhen abgeleitet werden. Diese neue und sehr innovative Fernerkundungsmethode wird am GFZ vielfältig angewendet und weiterentwickelt. Dazu werden Experimente mit GNSS-Empfängern auf der Erdoberfläche sowie auf Flugzeugen, Luftschiffen und Satelliten durchgeführt.

GNSS-Radiookkultationsmessungen an Bord von niedrigfliegenden Satelliten können genutzt werden, um global verteilte vertikale Profile atmosphärischer Parameter, wie Temperatur, Wasserdampf oder Elektronendichte abzuleiten. Diese Technik wird derzeit am GFZ operationell mit den Satelliten GRACE, TerraSAR-X und TanDEM-X eingesetzt. Die Ergebnisse werden für die Verbesserung globaler Wettervorhersagen und für Klimastudien genutzt.