Erdmessung und Satellitengeodäsie - Handbuch der Geodäsie, herausgegeben von Willi Freeden und Reiner Rummel
von: Reiner Rummel
Springer Spektrum, 2017
ISBN: 9783662471005
Sprache: Deutsch
514 Seiten, Download: 21222 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Mehr zum Inhalt
Erdmessung und Satellitengeodäsie - Handbuch der Geodäsie, herausgegeben von Willi Freeden und Reiner Rummel
Vorwort der Gesamtherausgeber | 6 | ||
Vorwort zum Band Erdmessung und Satellitengeodäsie | 8 | ||
Inhaltsverzeichnis | 10 | ||
Autorenverzeichnis | 12 | ||
1 Geschichte der Erdmessung | 15 | ||
1 Einleitung | 16 | ||
2 Das Weltbild der Antike – der Beginn der Erdmessung | 17 | ||
3 Vom Mittelalter zur frühen Neuzeit – die Erdkugel wird wieder entdeckt | 24 | ||
4 Gravitationsgesetz und Gradmessungen – das Rotationsellipsoid als Erdmodell | 31 | ||
5 Landesvermessung und Erdmessung – das Geoid als ,,mathematische Erdfigur`` | 41 | ||
6 Internationale Zusammenarbeit – die ,,International Association of Geodesy`` | 51 | ||
7 Elektronik und künstliche Erdsatelliten – das geodätische Weltsystem entsteht | 64 | ||
Literatur | 79 | ||
2 Signalverarbeitung in der Physikalischen Geodasie | 86 | ||
1 Einleitung | 87 | ||
2 Stochastische Prozesse | 89 | ||
2.1 Regelmäßig abgetasteter kovarianzstationärer Prozess | 92 | ||
3 Kollokation | 93 | ||
3.1 Parameterschätzung im Kollokationsmodell | 97 | ||
3.2 Signalschätzung im Kollokationsmodell | 106 | ||
3.3 Schätzung für das Gesamtmodell: Trend und Signal | 113 | ||
4 Modellierung von Kovarianzen | 114 | ||
4.1 Kovarianzfunktion | 115 | ||
4.2 Finite Kovarianzfunktionen | 119 | ||
4.3 Diskreter kovarianzstationärer Prozess | 124 | ||
4.4 Dekorrelationsfilter | 130 | ||
5 Fazit und Ausblick | 132 | ||
Literatur | 132 | ||
3 Molodenski quo vadis? | 135 | ||
1 Einleitung: Historischer Abriss | 136 | ||
2 Das klassische Geodätische Randwertproblem nach Molodenski | 140 | ||
2.1 Grundlegende Voraussetzungen und Annahmen | 141 | ||
2.1.1 Schwerefeld | 141 | ||
2.1.2 Koordinatensysteme | 142 | ||
2.1.3 Randwerte | 144 | ||
2.1.4 Unbekannte | 145 | ||
2.2 Approximative analytische Lösung des GRWP nach Molodenski | 146 | ||
3 Implementierung der Lösung des Molodenski-Problems im Hinblick auf praktische Anwendungen | 152 | ||
4 Das fixe Geodätische Randwertproblem | 156 | ||
4.1 Formulierung und analytische Lösung des fixen GRWP | 157 | ||
4.2 Anwendung des fixen GRWP auf die Höhenbestimmung | 159 | ||
5 Ausblick | 160 | ||
Literatur | 162 | ||
4 Bahn- und Gravitationsfeldbestimmung aus den Positionen tief fliegender Satelliten | 167 | ||
1 Einleitung und Übersicht | 169 | ||
1.1 Darstellung des Gravitationsfeldes der Erde | 169 | ||
1.2 Die ersten drei Gravitationsfeldmissionen in der GNSS-Ära | 171 | ||
1.3 Bestimmung des Gravitationsfeldes der Erde | 174 | ||
2 Parameterbestimmungsaufgaben in der Satellitengeodäsie | 178 | ||
3 Mathematische Prinzipien der Gravitationsfeldbestimmung | 180 | ||
3.1 Linearisierung der Aufgabe | 181 | ||
3.2 Die Bewegungsgleichungen | 182 | ||
3.3 Kurze Bögen und empirische Parameter | 184 | ||
3.4 Variationsgleichungen | 185 | ||
4 Beobachtungsgleichungen | 187 | ||
5 Die Bahnen und Uhrkorrekturen der GNSS-Satelliten | 193 | ||
5.1 Genauigkeit der Bahnen | 194 | ||
5.2 Polbewegung und Tageslänge | 195 | ||
5.3 Das terrestrische Netz | 198 | ||
5.4 Die Ionosphäre der Erde | 199 | ||
6 Bahnbestimmung mit Hilfe von GNSS-Empfängern auf tief fliegenden Satelliten | 202 | ||
7 Gravitationsfeldbestimmung mit Hilfe von GNSS-Empfängern auf tief fliegenden Satelliten | 207 | ||
8 Gravitationsfeldbestimmung mit GNSS und Distanzmessungen zwischenSatelliten | 214 | ||
9 SLR für Gravitationsfeldbestimmung und zur Validierung von GNSS-Bahnen | 221 | ||
10 Fazit und Ausblick | 222 | ||
Literatur | 225 | ||
5 Globale Schwerefeldmodellierung am Beispiel von GOCE | 228 | ||
1 Einleitung | 229 | ||
1.1 Globale Schwerefeldmodellierung: Funktionales Modell | 229 | ||
1.2 Eingangsdaten und Modelltypen | 231 | ||
2 Globale Schwerefeldmodellierung aus GOCE-Daten | 235 | ||
2.1 Die GOCE-Schwerefeldmission | 235 | ||
2.2 GOCE-Prozessierungskette | 236 | ||
2.2.1 Eingangsdaten | 238 | ||
2.2.2 Daten-Vorprozessierung | 238 | ||
2.2.3 Beobachtungs- und Normalgleichungen: funktionales Modell | 239 | ||
2.2.4 Stochastische Modellierung | 242 | ||
2.2.5 Aufstellen der Normalgleichungen und Lösung | 246 | ||
2.2.6 Residuenanalyse | 247 | ||
2.2.7 Validation | 248 | ||
2.3 Methodischer Vergleich mit anderen GOCE-Modellen | 249 | ||
2.4 GOCE-Schwerefeldmodellierung: Ergebnisse | 251 | ||
2.5 Externe Validierung | 256 | ||
2.6 Diskussion und Ausblick | 259 | ||
3 Fazit | 263 | ||
Literatur | 264 | ||
6 Topographische Modellierung des Gravitationsfeldes | 269 | ||
1 Einleitung | 270 | ||
2 Aufstellung von Massenmodellen – Massendichte, Topographie und Isostasie | 273 | ||
2.1 Massendichten | 274 | ||
2.2 Globale Topographie- und Lithospärenmodelle | 276 | ||
2.3 Isostasie | 278 | ||
3 Methodik der Vorwärtsmodellierung | 278 | ||
3.1 Topographische Modellierung im Raumbereich | 279 | ||
3.2 Topographische Modellierung im Spektralbereich | 281 | ||
3.3 Bewertung und Vergleich | 284 | ||
4 Anwendungsbeispiele und aktuelle Resultate topographischer Modellierungen | 285 | ||
4.1 Glättung von Schwerefeldinformation im Alpenraum | 286 | ||
4.1.1 Lokales Beispiel: Lotabweichungen in Bayern | 286 | ||
4.1.2 Regionales Beispiel: Schwerewerte in der Schweiz | 287 | ||
4.2 Topographische Bewertung von GOCE-Schwerefeldmodellen | 289 | ||
4.3 Spektrale Betrachtung von Mond- und Erdschwerefeld | 291 | ||
4.4 Globale Bouguer-Schwerekarten für Erde und Mond | 293 | ||
4.5 Ultrahochaufgelöste Schwerefeldmodellierung | 295 | ||
5 Zusammenfassung und zukünftige Herausforderungen | 299 | ||
5.1 Herausforderungen in der Massenmodellierung | 299 | ||
5.2 Herausforderungen in der Vorwärtsmodellierung | 300 | ||
Literatur | 301 | ||
7 Erdrotation | 305 | ||
1 Bezugssysteme der Erdorientierung | 306 | ||
2 Polbewegung | 311 | ||
3 Tageslängenvariation | 312 | ||
4 Physikalisches Modell der Erdrotation | 314 | ||
5 Lösung der Euler-Liouville-Gleichung | 316 | ||
6 Zusammenhang zwischen modellierten und beobachteten Erdrotationsvariationen | 318 | ||
7 Interpretation der Signale in den Erdrotationsgrößen | 321 | ||
Literatur | 329 | ||
8 Geometrische Referenzsysteme | 334 | ||
1 Einleitung | 335 | ||
2 Weltraumgestützte Beobachtungsverfahren für die Realisierung von Referenzsystemen | 337 | ||
2.1 Interferometrie auf sehr langen Basislinien (Very Long Basline Interferometry, VLBI) | 338 | ||
2.2 Laserentfernungsmessungen zu Satelliten (Satellite Laser Ranging, SLR) | 339 | ||
2.3 Globales Satellitennavigationssystem (Global Navigation Satellite System, GNSS) | 341 | ||
2.4 Satellitengestütztes Dopplermessverfahren DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) | 342 | ||
3 Das Internationale Terrestrische Referenzsystem (ITRS) | 344 | ||
3.1 Definition und Realisierung des ITRS | 344 | ||
3.2 Verdichtung des Internationalen Terrestrischen Referenzrahmens (ITRF) | 349 | ||
4 Das Internationale Zälestische Referenzsystem (ICRS) | 352 | ||
4.1 Definition und Realisierung des ICRS | 352 | ||
5 Transformation zwischen ITRS und ICRS | 353 | ||
6 Schlussbemerkungen | 354 | ||
Literatur | 355 | ||
9 Hohensysteme der nachsten Generation | 358 | ||
1 Einleitung | 359 | ||
2 Der Höhenbegriff in der Geodäsie | 361 | ||
2.1 Natürliche Koordinaten und vertikale Bezugssysteme | 361 | ||
2.2 Bestimmung von Potenzialdifferenzen durch Nivellement | 363 | ||
2.3 Bestimmung von Potenzialwerten durch Lösung der Geodätischen Randwertaufgabe | 363 | ||
2.4 Physikalische Höhen und GNSS-Nivellement | 367 | ||
2.5 Geoid, Meerestopographie und Datumsfestlegung | 370 | ||
3 Nivellementbasierte Höhensysteme – Historische Entwicklung und Defizite | 371 | ||
3.1 Historische Entwicklung in Europa | 371 | ||
3.2 Begrenzende Faktoren | 375 | ||
4 Geoidbasierte Höhensysteme – Moderner Ansatz für ein Welthöhensystem | 376 | ||
4.1 Methodik zur Realisierung eines Welthöhensystems | 378 | ||
4.2 Standards und Definitionen im Welthöhensystem | 381 | ||
4.2.1 Geometrische und gravimetrische Bezugssysteme | 382 | ||
4.2.2 Permanente Gezeiten | 386 | ||
4.2.3 Zeitvariable Effekte | 387 | ||
4.2.4 Datumsfestlegung | 392 | ||
4.3 Validierung von Höhensystemen | 394 | ||
5 Geoidbasierte Höhensysteme – Fallbeispiele | 398 | ||
5.1 Globale Höhensystemvereinigung | 398 | ||
5.2 Modernisierung des nordamerikanischen Höhendatums | 400 | ||
6 Fazit | 402 | ||
Literatur | 403 | ||
10 Globales Geodatisches Beobachtungssystem | 410 | ||
1 Einleitung | 411 | ||
2 Motivation und bisherige Entwicklung | 412 | ||
3 GGOS als Beobachtungssystem | 416 | ||
4 GGOS als Organisation | 423 | ||
5 Strategische Ausrichtung, Nutzen und Anwendung von GGOS | 425 | ||
6 Fazit | 428 | ||
Literatur | 429 | ||
11 Neue Sensorik fur die Schwerefeldbestimmung und relativistische Geodasie | 431 | ||
1 Einleitung | 432 | ||
2 Entwicklungen in der Quantenmetrologie | 433 | ||
3 Laserinterferometrie für die Satellitengravimetrie | 435 | ||
4 Atomare Schweresensoren | 441 | ||
5 Uhren in Netzwerken für die relativistische Geodäsie | 444 | ||
6 Ausblick | 448 | ||
Literatur | 448 | ||
12 Zukunft der globalen Geodasie und Fernerkundung aus Sicht des Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ), Potsdam | 451 | ||
1 Gesellschaftliche Herausforderungen | 452 | ||
2 Zentrale Forschungsthemen | 454 | ||
2.1 Erdoberfläche | 454 | ||
2.2 Atmosphäre | 456 | ||
2.3 Ozeane | 458 | ||
2.4 Feste Erde | 459 | ||
3 Sensoren | 461 | ||
3.1 Multi-/Hyperspektralinstrumente | 461 | ||
3.2 Mikrowellensysteme | 464 | ||
3.2.1 Radar | 464 | ||
3.2.2 GNSS | 465 | ||
3.2.3 VLBI | 467 | ||
3.2.4 DORIS | 469 | ||
3.3 Laser | 470 | ||
3.4 Uhren und Zeitsysteme | 471 | ||
3.5 Gravimetrie | 472 | ||
4 Beobachtungsinfrastruktur | 474 | ||
4.1 Observatorien und Netzwerke | 475 | ||
4.2 Flugplattformen | 476 | ||
4.3 Marine Plattformen | 478 | ||
4.4 Satelliten | 478 | ||
5 Informationsinfrastruktur | 481 | ||
5.1 Informationsübertragung und Kommunikation | 482 | ||
5.2 Rechentechnik | 483 | ||
5.3 Archivierung und Datenbereitstellung | 484 | ||
6 Auswertemethoden | 485 | ||
6.1 Fernerkundung | 486 | ||
6.2 GNSS | 487 | ||
6.3 VLBI | 489 | ||
6.4 Gravimetrie | 490 | ||
6.5 Terrestrischer Referenzrahmen | 490 | ||
6.6 Korrektionsmodelle | 492 | ||
7 Numerische Modellierung dynamischer Prozesse im System Erde | 492 | ||
8 Transfer in die Gesellschaft | 494 | ||
Literatur | 495 | ||
Sachverzeichnis | 506 |