06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie

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Start date: 2009End date: 2009Institute: search.filters.UBSInstitut.Geodätisches Institut

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    GOCE sensitivity studies in terms of cross-over analysis
    (2009) Xue, Yang
    The GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) satellite, launched on 17 March 2009, for the first time applies satellite gravity gradiometry (SGG) to recover the Earth's gravity field with cm accuracy at a resolution of 100km. To meet the envisaged accuracy, measurement validation at cross-over points (XOs) is necessary. Typically, validation is based on gravity gradients (GGs). However, the coefficient matrix of the gravitational tensor is dependent on orientation. In order to avoid matrix rotation, analysis based on orientation-independent invariants is possible. By applying various noise models, the goodness of XO-validation based on GGs and invariants will be studied in this thesis. First, by determining the maximum of scalar products from two tracks, the XOs can be predicted. Next, using local polynomial approximation, the geographical coordinates of XOs are calculated by solving a system of equations. Due to the orbit drift, the interpolation of height is performed separately along ascending and descending track before final comparison. Considering a sampling rate of 1Hz, GGs and invariants in all points of a one-week orbit are simulated for the further interpolation at the XOs. To determine the goodness of the selected interpolation algorithm, a closed loop test with noise-free data is investigated first. Since signal to noise ratios of GGs and invariants are all above 70dB, the same algorithm is applied in closed loop tests with noisy data. Since GOCE can only provide high accuracy for the main diagonal tensor components, various noise models, i.e. homogeneous and inhomogeneous white noise as well as homogeneous and inhomogeneous coloured noise, are added to the simulated values. The comparison of the goodness of GGs opposed to invariants is based on the signal to noise ratio (SNR). In this study, the second invariant demonstrates better SNR than GGs and the third invariant in the case of homogenous noise. However, due to the impact of inaccurate GGs, the SNR of invariants is poorer than the SNR of all GGs in the case of inhomogeneous noise.
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    Einfluss des direkten Strahlungsdrucks der Sonne auf CHAMP
    (2009) Petrescu, Emilia
    Das Ziel dieser Studienarbeit ist die Untersuchung des Einflusses des Solardrucks auf die SWARM-Satellitenmission. Da die ersten SWARM-Messungen jedoch erst Ende 2010 zu erwarten sind, werden aufgrund ihrer großen Ähnlichkeit die Daten und das Makromodell der CHAMP Mission verwendet. Zur Berechnung des Solardrucks wird die Entfernung zwischen Sonne und Satellit bestimmt und mögliche Durchgänge durch den Erdschatten berücksichtigt. Die erforderlichen Parameter werden mittels der Positionen der Sonne, der Erde und des Satelliten bestimmt. Außerdem wird auch die Variabilität der Solarkonstante miteinbezogen. Für eine genauere Bestimmung muss zusätzlich die Form, die Masse und die Orientierung des Satelliten bezüglich der Sonne sowie seine Oberflächeneigenschaften berücksichtigt werden. Für den CHAMP-Satelliten hat der ermittelte Solardruck einen Betrag im den Bereich 3,10*10^-9 bis 9,08*^10-8 m/s². Darüber hinaus wird der Einfluss der verschiedenen Parameter auf dem ermittelten Solardruck untersucht. Es wird gezeigt, dass die Variation der Satellitenquerschnittsfläche den größte Einfluss aufweist. Der kleinste Einfluss wird von der Variation der Solarkonstante verursacht, da dieser Parameter durch die Lichtgeschwindigkeit reduziert wird. Folglich muss die Form und Orientierung des Satelliten genau modelliert und berücksichtigt werden.
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    Einfluss lateraler Variationen in Lithosphäre und oberem Mantel auf den glazial-isostatischen Ausgleich in der Antarktis
    (2009) Rau, Daniel
    Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der lateral variierenden Lithosphärenmächtigkeit auf die regionale glazial-isostatische Ausgleichsbewegung (GIA) in der Antarktis. Damit einhergehend wird auch die Viskosität des oberen Mantels variiert. Die Lithosphäre in der Antarktis ist in zwei Bereiche mit scharfem Übergang unterteilt, eine dicke Lithosphäre in der Ostantarktis und eine dünne Lithosphäre in der Westantarktis. Nun wird untersucht wie sich die verschiedenen Lithosphärendicken im Modell auf das Verhalten der nacheiszeitlichen Hebung bzw. auf den glazial-isostatischen Ausgleich auswirken. Zur Einordnung werden die Vertikalbewegung, die Horizontalbewegung sowie die Geoidhöhenänderung modelliert. Hierzu wird zunächst ein dreidimensionales (3D) Viskositätsmodell mit einer lateral variablen Lithosphäre erstellt. Dieses Erdmodell wird mit einem Lastmodell belastet, welches sich aus der Vereisungsgeschichte ICE-5G ergibt. Die Berechnung der in dieser Arbeit untersuchten Größen erfolgt unter Verwendung der spektralen Finite-Elemente-Methode für 3D viskoelastische Belastung. Durch ein inhomogenes Abschmelzen der Eismassen in der Antarktis sind dessen Auswirkungen in der Westantarktis stärker ausgeprägt. Um die Effekte der Lithosphärenvariation zu extrahieren, werden Vergleichsmodelle erstellt, die beispielsweise einen 3D-Mantel, jedoch nur eine eindimensionale (1D) Lithosphäre aufweisen. Anhand der durchgeführten Vergleiche wurde deutlich, dass der Einfluss der Lithosphärenmächtigkeit in Relation zu den Einflüssen des Mantels sehr gering ist. Lediglich im Bereich der Horizontalbewegungen ist ein Einfluss von 20-30 % der Gesamtgeschwindigkeit messbar. Für die Vertikalbewegungen bleibt der Einfluss mit < 1 mm/a unter 10 %, und für die Geoidhöhenänderungen ist die Änderung aufgrund von Lithosphärenvariationen < 0.10 mm/a. Der Einfluss der Mantelviskosität ist in allen Bereichen höher.
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    Empirical orthogonal function analysis of GRACE gravity data
    (2009) Bentel, Katrin
    The Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) twin-satellite mission has been providing measurements of the time-varying gravity field of the Earth for almost seven years now. Gravity changes on Earth are due to mass changes and play an important role in Earth sciences. Monthly maps of mass changes are derived from the satellite measurements and need to be interpreted. The major difficulty in analyzing GRACE data are North-South stripes in the estimated gravity fields, caused by the fact that the GRACE satellites are flying in a near-polar orbit, one following the other. A microwave ranging instrument is measuring the distance between the two spacecraft, which is about 220 km. Due to these longitudinal stripes, major errors, analyzing the GRACE gravity fields is demanding. The technique of empirical orthogonal function (EOF) analysis is investigated in this thesis, and it is demonstrated the performance of EOF analysis for separating signal from noise and errors, and for identifying different sources of gravity changes in a real GRACE data set. EOF analysis is explained from a theoretical point of view and is applied to the GRACE data. Basically, the EOF method gives a transformation of the data into a new coordinate frame in the data space, where the axis are chosen according to the data variances. The core of the method is a singular value decomposition of the data matrix. The components obtained from this decomposition need to be interpreted, and signal has to be separated from noise. Additionally, EOF analysis can be used as a filtering tool. In the detailed data analysis, benefits and shortcomings of the EOF method are studied and described with respect to GRACE data. Global maps of mass changes as well as different smaller regions are analyzed, and global and regional results are compared.