GPS-VLBI Hybride Beobachtungen für die Geodäsie

Moderne geodätische Weltraumverfahren wie die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) oder die Global Navigation Satellite Systems (GNSS), wie das Global Positioning System (GPS), tragen zur Bestimmung des International Celestial Reference Frame (ICRF), des International Terrestrial Reference Frame (ITRF) und der Erdorientierungsparameter zwischen den Rahmen bei. Besonders für den ITRF und die EOP ist es sehr wichtig, dass die Beobachtungen von den verschiedenen Verfahren kombiniert werden, um die Stärken und Alleinstellungsmerkmale der Techniken zu nutzen. Üblicherweise werden die Kombinationen auf Ergebnis-, Normalgleichungs-, und Beobachtungsebene durchgeführt, und in Zukunft soll die Kombination auch auf Hardware-Ebene intensiviert werden. Das soll einerseits durch die Beobachtung von GNSS Satelliten mit VLBI Radioteleskopen realisiert werden, als auch mit speziellen Satellitenmissionen (z.B., GRASP oder NanoGEM), welche mit GNSS und DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) Empfängern, Laser-Retroreflektoren, und Antenne zum Aussenden von VLBI-ähnlichen Signalen ausgestattet sind. Im hier vorgeschlagenen Projekt mit hybriden GPS-VLBI Beobachtungen bewegen wir uns in die Richtung einer strengen Kombination. Dieser Ansatz mit hybriden Beobachtungen bedeutet, dass Teile der Hardware an den Stationen sowohl für die VLBI als auch die GPS Beobachtungen verwendet werden. Im Speziellen werden die GPS Signale mit den gleichen Geräten abgetastet, aufgezeichnet, und korreliert, die auch für die VLBI verwendet werden, sodass man VLBI-ähnliche Beobachtungen für GPS erhält. Erste Tests auf einer kurzen Basislinie waren bereits erfolgreich, und nun soll das Netzwerk erweitert werden und verbesserte Kalibriersysteme und Korrelatormodelle für GPS sollen implementiert werden. Zusammen mit der VLBI Gruppe der Technischen Universität Wien sollen Simulationen mit der Vienna VLBI Software (VieVS) gerechnet werden um zu demonstrieren, welche Verbesserungen für den TRF und CRF mit global verteilten hybriden Beobachtungen zu erwarten sind. Ein besonderes Augenmerk soll auf den Link zwischen dem dynamischen und kinematischen himmelsfesten Referenzrahmen gelegt werden. Schließlich sollen tatsächlich beobachtete VLBI-ähnliche Beobachtungen zu GNSS Satelliten mit VieVS ausgewertet werden. Damit können auch alle in VieVS implementieren Modelle für Satellitenbahnen überprüft werden. Verbesserte Referenzrahmen und Erdorientierungsparameter aus globalen GPS-VLBI hybriden Beobachtungen sind von Nutzen für präzise Beobachtungen des Erdsystems. Letztendlich tragen sie auch zu besseren Beobachtungen des Global Change bei.

Stabile globale terrestrische Referenzrahmen sind eine wichtige Grundlage für die Positionierung und Navigation auf die Erde sowie für die Beobachtung von globalen geodynamischen Prozessen wie dem Meeresspiegelanstieg. Terrestrische Referenzsysteme sind realisiert durch Koordinaten und Geschwindigkeiten von global verteilten Stationen, die durch die sogenannten geodätischen Weltraumverfahren Very Long Baseline Interferometry (VLBI), Satellite Laser Ranging (SLR), Global Navigation Satellite Systems (GNSS) und Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS) bestimmt werden. Jedes dieser genannten Verfahren hat Stärken und Schwächen, und deswegen ist die Wahl des geeigneten Kombinationsverfahrens von größter Bedeutung. Das Projekt Hybrid GPS-VLBI untersucht einen innovativen Ansatz der Kombination von VLBI und GNSS auf Beobachtungsebene, indem die VLBI Beobachtungskette inklusive Korrelator auch für die GNSS Signale nach dem Empfang durch die GNSS Antenne verwendet wird. Obwohl noch immer gewisse technische Restriktionen bei der tatsächlichen Realisierung dieses Systems bestehen, konnten wir zeigen, dass mit der Verwendung von differenzierten GNSS Beobachtungen und deren Anwendung in der VLBI Auswertesoftware kombinierte GNSS-VLBI Lösungen signifikant besser abschneiden als die Lösungen der einzelnen Verfahren alleine. Außerdem war dieses Projekt sehr hilfreich für die Beobachtung von GNSS Satelliten mir VLBI Radioteleskopen, einem Ansatz, der als rigorose Fortführung des Hybrid GNSS-VLBI Konzepts betrachtet werden kann.