Die TOR Nutzlast auf TerraSAR-X und TanDEM-X

Das GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) betreibt die „Tracking, Occultation and Ranging“ (TOR) Nutzlast an Bord der deutschen Radar-Satellitenmissionen TerraSAR-X und TanDEM-X im Rahmen eines Abkommens mit dem DLR (DLR). Das TOR Experiment besteht aus einem Zweifrequenz-GPS-Empfänger mit zwei zum Zenit gerichteten Antennen zur präzisen Bahnbestimmung (=Precise Orbit Determination, POD), die zur Unterdrückung von Mehrweg-Effekten beim Signalempfang auf sogenannten Choke-Ringen montiert sind. Zwei Radio-Okkultations-Antennen (OCC), die sowohl in Flugrichtung als auch genau entgegengesetzt dazu montiert sind sowie ein an der Nadirseite des Satelliten angebrachter Laser-Retroreflektor vervollständigen die TOR Ausrüstung.

Der Zweifrequenz-GPS-Empfänger IGOR™ (hergestellt von der US-Firma Broadreach Engineering in Tempe/Arizona) dient als das Hauptinstrument zur hochpräzisen Bahnbestimmung von TerraSAR-X und TanDEM-X.

Es arbeitet völlig autonom und kann bis zu 12 GPS-Satelliten gleichzeitig verfolgen. Außer der Echtzeit- Navigationslösung liefert der IGOR™ präzise Daten zur Trägerphase der GPS-Signale, Einweg-Entfernungsmessungen zu den GPS-Satelliten (sogenannte „Pseudo-Ranges“) sowie Angaben zum Uhrenstand. Seine Parameter sind denen des BlackJack GPS Receivers der NASA (Jet Propulsion Laboratory, Pasadena) vergleichbar, der erfolgreich auf Missionen wie CHAMP und GRACE geflogen wurde:
 

  • Genauigkeit der Navigationslösung < 10 m RMS
  • Zweifrequenz Pseudo-Range und integrierte Trägerphase für POD (10 sec-Intervall):  
    • Phase (Ionosphären-frei) < 0.3 cm
    • Range(Ionosphären-frei) < 30 cm

  • Observable zur Atmosphären-Durchleuchtung  
    • L1 Trägerphase <0.05 cm (1 sec)
    • L2 Trägerphase <0.15 cm (1 sec)

  • Uhrensteuerung ( 1 PPS Signal) <0.1 µsec Abweichung zur GPS-Zeit


Die Radio-Okkultations-Antennen erlauben es, Signale von GPS Satelliten zu verfolgen, die sich nahe am Erdhorizont oder sogar bereits darunter befinden. Aus der aufgezeichneten Trägerphase lässt sich der beim Durchlaufen der dichten Schichten der Atmosphäre auftretende Zusatzweg des GPS-Signals verfolgen, woraus man weltweit verteilte vertikale Profile für Temperatur und Luftfeuchte ableiten kann.

Ein Paar von Choke-Ringen zur optimalen Unterdrückung von Mehrweg-Signalen unterstützt die Arbeit der POD-Antennen. Diese Ringe wurden am GFZ Potsdam für den Einsatz auf TerraSAR-X und TanDEM-X angepasst und für den Weltraumeinsatz qualifiziert. 

Der ebenfalls am GFZ entwickelte und hergestellte Laser-Retroreflektor ist im Design mit dem auf CHAMP und GRACE geflogenen Typ identisch und stellt ein Werkzeug zur externen Kalibrierung und Validierung der mit dem IGOR™ abgeleiteten Orbitprodukte dar. Er reflektiert ultrakurze Laserimpulse speziell ausgerüsteter Bodenstationen und liefert auf diese Weise unzweideutige Abstandsmessungen zu TerraSAR-X und TanDEM-X mit Einzelschussgenauigkeiten im Millimeterbereich.

Kontakt

Sven Bauer
Wissenschaftler
Dr.-Ing. Sven Bauer
Globales Geomonitoring und Schwerefeld
Telegrafenberg
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