Positionierung at Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden

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Entwicklung Satellitenpositionierung 1991-2016

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21. Jahrhundert Satellitengeod. (6), welche dienen vorrangig geometr. Anwendung

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In welchem Bezugssystem wird die Ephimeridenrechnung ausgeführt und warum

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3 Anomalien, Was ist mittlere Anomalie

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Nennen und charakterisieren Sie die 5 gravitativen Störungen der Kepler-Bewegung! Welche sind für hochfliegende Satelliten nur gering? 7min

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  1. Nennen und charakterisieren Sie die 5 nicht-gravitativen Störungen der Kepler-Bewegung! Welche sind für hochfliegende Satelliten nur gering? Welche sind für GNSS-Satelliten bedeutungslos und warum? 10min


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  1. Was ist eine oskulierende Kepler-Ellipse und was die Oskulationsepoche? Was sind oskulierende Kepler-Elemente? Warum arbeitet man damit? 6min


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  1. Welche vier Arten von Bahnstörungen gibt es in Bezug auf die Zeitabhängigkeit? Was ist die Knotenpräzession? 3min


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  1. Was sind Störungsgleichungen in der Satellitengeodäsie? 3min


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  1. Warum sind Bahnstörungen manchmal nützlich? Nennen Sie ein praktisches Beispiel. 3min


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  1. Was versteht man unter Bahnintegration in der Satellitengeodäsie? Welche zwei Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit Bahnintegration möglich ist? 5min


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Entwicklung Satellitenpositionierung 1957-1991

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Positionierung

Entwicklung Satellitenpositionierung 1991-2016

  • 1995: GPS erreicht den Vollausbau (FOC) von 24 Sat.
  • 1996: EGM96 – Earth Gravitational Model wird definiert
  • 1996-2000: weltweiter Aufbau von Satellitenpositionierungsdiensten
  • 2000: Selective Availability wird abgeschaltet, gewollter Fehler
  • 2000: Die ersten Beidou-Satelliten werden gestartet
  • 2005: Erster Testsatellit GIOVE
  • 2009: erste Satellitenkollision
  • 2011: ersten beiden operationellen GALILEO-Satelliten
  • 2014: Galileo Initial Operation Capability
  • 2016: Galileo Early Operational Capability (EOC)

Positionierung

21. Jahrhundert Satellitengeod. (6), welche dienen vorrangig geometr. Anwendung

  • GNSS statisch… echtzeitkinematisch (Geom)
  • Doppler positioning (Geom,Geodyn)
  • Very Long Baseline Interferometry (Geom, Geodyn)
  • Satellite Laser Ranging (geodyn, Geom)
  • Lunar Laser Ranging (Geodyn)
  • Satellitenradaraltimetrie (Gravim, Geodyn)

Positionierung

In welchem Bezugssystem wird die Ephimeridenrechnung ausgeführt und warum

  • Interialsystem (Himmelsfestes System), da nur in diesem die Bewegungsgleichung der Newtonschen Mechanik gilt
  • ICRS International Celestial Reference System


Positionierung

3 Anomalien, Was ist mittlere Anomalie

  • Wahre Anomalie
  • Exzentrische Anomalie
  • Mittlere Anomalie
  • -> Beschreibt den Winkel ausgehend vom Mittelpunkt der Bahnebene und dem Perigäum zu der Position hin, an dem sich der Satellit befinden würde, würde er sich auf einer Kreisbahn anstatt einer Ellipse bewegen

Positionierung

Nennen und charakterisieren Sie die 5 gravitativen Störungen der Kepler-Bewegung! Welche sind für hochfliegende Satelliten nur gering? 7min

  • Erdabplattung -> Hauptbahnstörung, leicht modellierbar
  • Topographie (Berge, Ozeane,..) -> gering für hochfliegende Sat.
  • Dichteinhomogenitäten (innerer Aufbau des Erdkörpers) -> gering für hochfliegende Sat., Dichte nicht genau genug bekannt
  • Gravitation von Sonne, Mond und Planeten -> Ursachen bekannt, Modell rechnerisch anspruchsvoll
  • Erd- und Meeresgezeiten, ozeanische Auflasten -> schwer modellierbar, gering für hochfliegende Sat 

Positionierung


  1. Nennen und charakterisieren Sie die 5 nicht-gravitativen Störungen der Kepler-Bewegung! Welche sind für hochfliegende Satelliten nur gering? Welche sind für GNSS-Satelliten bedeutungslos und warum? 10min


  • Solarer Strahlungsdruck – direkter Effekt -> tw. Schwer modellierbar, alle Bahnhöhen betroffen
  • Solarer Strahlungsdruck – indirekter Effekt (Albedo = „Erdschein“) -> tw. Schwer modellierbar gering für hochfliegende Sat.
  • Bremswirkung der Restatmosphäre -> tw. Schwer modellierbar, nur für niedrigflieg. Sat.
  • Bremswirkung des Magnetfeldes -> praktisch wenig bedeutend
  • Relativistische Bahnstörungen -> praktisch wenig bedeutend

Positionierung


  1. Was ist eine oskulierende Kepler-Ellipse und was die Oskulationsepoche? Was sind oskulierende Kepler-Elemente? Warum arbeitet man damit? 6min


  • Oskulierende Kepler-Ellipse: ist eine theoretisch gedachte ungestörte Kepler-Bahn die eintritt, sollten alle Störkräfte schlagartig zu einem Zeitpunkt t0 wegfallen, - dieser Zeitpunkt wird als zugehörige Oskulationsepoche t0 bezeichnet
  • Oskulierende Kepler-Elemente: sind die Kepler-Elemente, welche diese ungestörte Kepler-Bahn vollständig beschreiben (auch zum Zeitpunkt t0)
  • Man arbeitet damit, da sich die zeitabhängigen Keppler-Elemente deutlich langsamer ändern als z.B die Satellitenkoordinaten x(t),y(t),z(t)

Positionierung


  1. Welche vier Arten von Bahnstörungen gibt es in Bezug auf die Zeitabhängigkeit? Was ist die Knotenpräzession? 3min


  • Säkulare Bahnstörungen
    1. Knotenpräzission – Drehung der Knotenlinie, zeitliche Änderung von groß-Omega
  • Langperiodische Bahnstörungen
  • Kurperiodische Bahnstörungen
  • Resonante Bahnstörungen

Positionierung


  1. Was sind Störungsgleichungen in der Satellitengeodäsie? 3min



  • Die rechnerische Beschreibung der gestörten Bahnbewegung geschieht wieder mit einem Differenzialgleichungssystem: Die zeitliche Änderung der Bahnparameter wird in Beziehung zu den Störkräften und zu den Bahnparametern selbst gebracht. Wenn man dieses DGS mit Kepler-Elementen ausdrückt, erhält man die Gaußsche Form der Störungsgleichungen.


Positionierung


  1. Warum sind Bahnstörungen manchmal nützlich? Nennen Sie ein praktisches Beispiel. 3min



  • Durch geeignete Wahl der Bahnparameter kann man dafür sorgen, dass Bahnstörungen klein sind, oder eine gewünschte Art von Bahnstörungen auftritt. Tatsächlich kann man anhand beobachteter Bahnstörungen auf deren Ursachen schließen, sollten diese nicht bekannt sein. Z.B verdanken wir unsere genaue Kenntnis des globalen Schwerefeldes heute fast ausschließlich der Beobachtung von Bahnstörungen niedrig fliegender Satelliten.


Positionierung


  1. Was versteht man unter Bahnintegration in der Satellitengeodäsie? Welche zwei Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit Bahnintegration möglich ist? 5min


  • Berechnung der gestörten Bahnbewegung (Mathematisch: Anfangswertaufgabe für ein System von sechs Differenzialgleichungen erster Ordnung lösen)
  • Voraussetzungen:
    1. Wir müssen zu einem Zeitpunkt t0 -> 6 Bahnparameter kennen
    2. Bei bekannten Störkräften (gravitativ + nicht gravitativ, einschließlich Zeitabhängigkeit)

Positionierung

Entwicklung Satellitenpositionierung 1957-1991

  • Sputnik 1957 (erster künstlicher Satellit der Sov. Union 215km – 939km)
  • 1960: Ballon – und Blitzlichtsatelliten
  • 1960: erstes Weltnetz der Satellitentriangulation
  • 1960: erster erfolgreicher Start eines TRANSIT-Satelliten
  • 1960-64: Projekt Echo
  • 1978: erster experimenteller GPS-Block-1 Satellit wird gestartet
  • 1982: Start des ersten GLONASS Satelliten
  • 1984: WGS84 wird definiert
  • 1967-1991: Nutzung des Transit (NNSS)

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