Eine der zentralen Aufgaben der Geodäsie liegt in der Definition und der Realisierung von geeigneten Referenzsystemen. Die Realisierung eines globalen terrestrischen Referenzsystems wird als Referenzrahmen bezeichnet und ist durch Positionen zu einer Bezugsepoche und durch zeitlich lineare Bewegungen global verteilter Stationen festgelegt. Verschiedene Satellitenbeobachtungsverfahren können kombiniert werden, um ein globales terrestrisches Referenzsystem höchstmöglicher Genauigkeit, Stabilität und Konsistenz zu realisieren.
Im Rahmen dieser Arbeit fanden dazu GPS- und GLONASS-Beobachtungen der Globalen Navigationssatellitensysteme (engl. Global Navigation Satellite System - GNSS) und Laserentfernungsmessungen (engl. Satellite Laser Ranging - SLR) zu den passiven Satelliten LAGEOS-1 und LAGEOS-2 Anwendung. Die Datengrundlage sind tägliche Normalgleichungssysteme für GNSS und wöchentliche für SLR über einen Zeitraum von 17 Jahren (1994 - 2010). Diese entstammen einer homogenen Reprozessierung, welche unter der Beteiligung der TU München, der Universität Bern, der ETH Zürich und der TU Dresden erfolgte. Dabei wurden Reduktionsmodelle verwendet, welche sich an den aktuellen IERS-Konventionen orientieren. Die verschiedenen Satellitenbeobachtungsverfahren wurden mit der gleichen wissenschaftlichen Software ausgewertet und kombiniert. Die Lösung weist daher eine höchstmögliche Konsistenz auf.
In Anlehnung an die Empfehlungen in den aktuellen IERS-Konventionen wurden Auflastdeformationen infolge von Massenvariationen in der Atmosphäre und im Ozean im Auswerteprozess berücksichtigt. Dazu fand ein Modell Anwendung, welches schon bei der Reduktion von Beobachtungen der Schwerefeldmission GRACE (engl. Gravity Recovery and Climate Experiment) genutzt wird. Die Berücksichtigung dieses Modells führt zu einer Verbesserung der Genauigkeit der GNSS- und SLR-Stationspositionen. Da die SLR-Stationspositionen aufgrund eines systematischen Effektes (engl. blue sky effect) leicht verfälscht sind, sollte dieser Effekt berücksichtigt werden. Dies gilt vor allem vor dem Hintergrund einer Kombination der Verfahren zur Realisierung eines globalen terrestrischen Referenzsystems höchster Genauigkeit. Darüber hinaus überlagern weitere nichtlineare geophysikalische Effekte das lineare Modell aus Positionen und Geschwindigkeiten, z.B. die Auflastdeformation infolge kontinentaler Wasserspeicheränderungen. Werden diese Effekte in einer Auswertung nicht reduziert, sind in den ausgeglichenen Parametern sogenannte residuale Deformationen enthalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher das lineare Modell erweitert, indem residuale Deformationen in Form einer sphärisch harmonischen Entwicklung parametrisiert wurden. Die daraus bestimmten Grad-1-Auflastkoeffizienten weisen ein starkes jährliches Signal auf, welches sowohl die GNSS- als auch die SLR-Lösung zeigen.
Die Kombination von GNSS und SLR erfolgte auf Normalgleichungsebene. Um die individuellen Stärken der Verfahren optimal ausnutzen zu können, wurden für eine gegenseitige Gewichtung der Verfahren realistische Genauigkeitsmaße abgeleitet. Es wurden Stationspositionen und -geschwindigkeiten geschätzt sowie die Polkoordinaten und die Grad-1-Auflastkoeffizienten gemeinsam ausgewertet. Im Gegensatz zu den bisherigen Referenzrahmen wurden keine terrestrisch gemessenen Differenzvektoren (engl. Local Ties - LT) an Kolokationsstationen verwendet, um die verfahrensinternen Lösungen zu kombinieren. Mit einer entsprechenden Definition des geodätischen Datums konnten hingegen Komponenten der LT als Unbekannte aus einer globalen Lösung bestimmt werden. Dies ermöglichte eine unabhängige Validierung der LT, welche einen entscheidenden Punkt in der Kombination unterschiedlicher Verfahren darstellen. / One of the main tasks of geodesy is the definition and realization of reference systems. A global terrestrial reference system is realized by a reference frame of a set of positions which respect to a reference epoch and linear motions of a network of globally distributed stations on the Earth's surface. Different space geodetic techniques can be combined to realize a reference system with optimal accuracy, stability and consistency.
As such, the focus of this thesis was to apply GPS and GLONASS of the Global Navigation Satellite System (GNSS) and satellite laser ranging (SLR) to LAGEOS-1 and LAGEOS-2 to determine an improved global terrestrial reference frame. The data are daily for GNSS and weekly for SLR normal equation systems over a time span of 17 years (1994 - 2010), produced from a homogeneous reprocessing. This was done through a joint effort of TU Munich, University of Bern, ETH Zurich and TU Dresden using common state of the art reducing models according to the IERS conventions. The same processing software was used to evaluate and combine the different geodetic systems to ensure the highest consistency.
Utilizing the recommendations of the IERS conventions 2010, the displacement of the Earth's surface due to mass variations in the atmosphere and in the ocean was reduced from the observations. A model of the non-tidal part which is also used for the reduction of observations of the geodetic gravity mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) was applied. The reduction of this model enhances the position accuracy of the GNSS and SLR position time series. Because of the systematic effect on SLR observations (blue sky effect) the surface load deformation should be reduced especially when combining SLR and GNSS to realize a global terrestrial system. In addition there are more geophysical effects on the station positions, for example the deformation of the Earth's surface due to continental hydrological loading. If such effects are not considered in the estimation process of geodetic observations, residual deformations are present in the estimated parameters. Therefore, this effort included modeling of deformation in the solution by using a consistent spherical harmonic approach of degree-one surface load coefficients. The residual deformations such as hydrological loading modeled with degree-one surface load coefficients have a strong annual signal for which the GNSS-only and the SLR-only solutions show the same variations.
The combination of GNSS and SLR was done at the level of normal equations. Considering the strengths of each technique, an optimal weighting based on more realistic uncertainties was applied to the data. The pole coordinates and the degree-one surface load coefficients were combined. Unique to the most recent realizations of a global terrestrial reference system, no local ties (LT) of co-located sites were used in the combination of the different techniques. Thus, using a global solution together with an appropriate definition of the geodetic datum of the combined station network it was possible to estimate components of LT. This estimation enables an independent validation of the measured LT which are a crucial point in combination of different geodetic techniques.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-146199 |
| Date | 30 June 2014 |
| Creators | Glaser, Susanne |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Umweltwissenschaften, Prof. (i. R.) Dr.-Ing. habil. Reinhard Dietrich, Prof. Dr.-Ing. habil Lambert Wanninger, Prof. Dr. phil. nat. Markus Rothacher |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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