06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

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20111

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    Orbitverdichtung mittels Kalman-Filterung am Beispiel der Satellitenmission GRACE
    (2011) Leinss, Benedikt
    Das übergeordnete Thema der vorliegenden Arbeit ist die Verdichtung von Satellitenorbits. Grundsätzlich besteht hierbei die Aufgabe darin, für einen gegebenen Orbit eine korrespondierende Satellitenbahn mit einer höheren zeitlichen Auflösung zu bestimmen. Eine solche Orbitverdichtung ist etwa bei einigen Ansätzen zur Schwerefeldbestimmung aus Level-1B-Daten der Satellitenmission GRACE nötig, weil dabei die GRACE-Navigationslösungen mit den K-Band-Beobachtungen zu kombinieren sind und sich diese Datensätze gerade hinsichtlich ihrer zeitlichen Abtastung unterscheiden. Angesichts dieser Situation wird hier eine Orbitverdichtung mittels der erweiterten Kalman-Filterung (EKF) konzipiert und in einer Matlab*-Toolbox umgesetzt. Neben einer Funktion, mit der sich prinzipiell weitgehend beliebige Orbits verdichten lassen, wird außerdem ein Filter entworfen, das einzig für GRACE ausgelegt ist und es ermöglicht, auch die hochgenauen K-Band-Relativgeschwindigkeiten in die Verdichtung einzubeziehen. Um die Systemzustände und die zugehörigen Kovarianzen zu prädizieren, werden unterschiedliche Orbitintegrationen realisiert. Die meisten davon basieren auf der numerischen Integration von gewöhnlichen DGL-Systemen erster Ordnung in kartesischen, quasi-inertialen Koordinaten. Der hier komplexeste Integrator trägt den Störbeschleunigungen aufgrund der Anisotropie des Erdgravitationsfelds Rechnung, indem geeignete Gravitationsfeldmodelle genutzt werden. Sämtliche Orbitintegratoren und die Routinen zur EKF-Orbitverdichtung werden mithilfe simulierter Daten durch Tests verifiziert. Außerdem vergleicht man die verschiedenen Prädiktionsmethoden miteinander im Hinblick auf die erzielten Genauigkeiten und deren Berechnungseffizienz. Bei der gegen Ende durchgeführten Prozessierung realer GRACE-Daten zeigt sich, wie auch bei den vorherigen Tests, dass es dank der Kalman-Filterung gelungen ist, verdichtete GRACE-Orbits zu berechnen, welche erheblich besser zu den gemessenen K-Band-Relativgeschwindigkeiten passen als die gegebenen Navigationslösungen.