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Annette EickerAPMG 1 1 1 30.06.2016 Annette Eicker 16.10.2014 Einführung in die Astronomische, Physikalische und Mathematische Geodäsie I.

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1 Annette EickerAPMG Annette Eicker Einführung in die Astronomische, Physikalische und Mathematische Geodäsie I

2 Annette EickerAPMG APMG I A stronomisch- P hysikalische M athematische G eodäsie Raum 306 Tel.: Donnerstag, 14:00-15:30 Uhr Annette Eicker Montag, Uhr Jürgen Kusche

3 Annette EickerAPMG APMG I Übersicht APMG I (Astronomisch-physikalische Geodäsie ) Erster Teil: - Mechanik der Massenpunkte - Gravitationswechselwirkung - Bewegung in Zentralfeldern - Mechanik der Teilchensysteme - Bewegte Bezugssysteme - Mechanik starrer Körper Zweiter Teil: - System Erde - Gravitationspotential - Kugelfunktionen - … Skript: -Siehe Ecampus

4 Annette EickerAPMG APMG I Übersicht APMG I (Astronomisch-physikalische Geodäsie ) Erster Teil: - Mechanik der Massenpunkte - Gravitationswechselwirkung - Bewegung in Zentralfeldern - Mechanik der Teilchensysteme - Bewegte Bezugssysteme - Mechanik starrer Körper Zweiter Teil: - System Erde - Gravitationspotential - Kugelfunktionen - … Skript: -Siehe Ecampus Nur Theorie?!? Oder auch für die praktische Vermessung relevant? Nur Theorie?!? Oder auch für die praktische Vermessung relevant?

5 Annette EickerAPMG CERN

6 Annette EickerAPMG GPS Satellitenbahnen

7 Annette EickerAPMG GNSS Positionsbestimmung Positionsbestimmung -Die Satelliten senden ihre Position -Aus der gemessenen Laufzeit wird die Entfernung bestimmt -Berechnung der Position durch räumlichen Rückwärtsschnitt Positionsbestimmung -Die Satelliten senden ihre Position -Aus der gemessenen Laufzeit wird die Entfernung bestimmt -Berechnung der Position durch räumlichen Rückwärtsschnitt

8 Annette EickerAPMG GNSS Positionsbestimmung Positionsbestimmung -Die Satelliten senden ihre Position -Aus der gemessenen Laufzeit wird die Entfernung bestimmt -Berechnung der Position durch räumlichen Rückwärtsschnitt Positionsbestimmung -Die Satelliten senden ihre Position -Aus der gemessenen Laufzeit wird die Entfernung bestimmt -Berechnung der Position durch räumlichen Rückwärtsschnitt Woher kennt man die Position der GPS Satelliten? => Bahnberechnung => The International GNSS Service (IGS) Woher kennt man die Position der GPS Satelliten? => Bahnberechnung => The International GNSS Service (IGS)

9 Annette EickerAPMG GPS Satellitenbahnen

10 Annette EickerAPMG Erdrotation

11 Annette EickerAPMG Erdrotation Tageslänge

12 Annette EickerAPMG Erdrotation Polbewegung

13 Annette EickerAPMG Erdrotation Woher kennt man die Erdrotation? => Physikalische Grundlagen: Kreiselgleichungen => The International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) (http://www.iers.org) Woher kennt man die Erdrotation? => Physikalische Grundlagen: Kreiselgleichungen => The International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) (http://www.iers.org)

14 Annette EickerAPMG CERN

15 Annette EickerAPMG Gezeiten

16 Annette EickerAPMG Gezeiten der festen Erde Sonne Mond Deformation: bis 50 cm Geoid: bis 15 cm

17 Annette EickerAPMG Gezeiten der festen Erde Sonne Mond Deformation: bis 50 cm Geoid: bis 15 cm

18 Annette EickerAPMG Gezeiten Woher kennt man die Bewegung einer Station? => Erdmodelle, Messungen => International Center for Earth Tides (ICET) (http://www.icsu-fags.org/ps04icet.htm) Woher kennt man die Bewegung einer Station? => Erdmodelle, Messungen => International Center for Earth Tides (ICET) (http://www.icsu-fags.org/ps04icet.htm)

19 Annette EickerAPMG APMG Für die Ingenieurvermessung braucht man Experten für: -Die Berechnung von Satellitenbahnen -Die Bestimmung der Erdrotation -Realisierung eines Bezugssystems -Modellierung und Messung von geophysikalischen Prozessen => astronomische, physikalische und mathematische Kenntnisse Für die Ingenieurvermessung braucht man Experten für: -Die Berechnung von Satellitenbahnen -Die Bestimmung der Erdrotation -Realisierung eines Bezugssystems -Modellierung und Messung von geophysikalischen Prozessen => astronomische, physikalische und mathematische Kenntnisse

20 Annette EickerAPMG Satellitenbahnen

21 Annette EickerAPMG Erderkundung mittels Satelliten Ilk et al. 2005

22 Annette EickerAPMG CHAMP Launch: 15 Juli 2000 von Plesetsk, Russland Orbit: Kreisbahn Polare Bahn Höhe: 450 km Launch: 15 Juli 2000 von Plesetsk, Russland Orbit: Kreisbahn Polare Bahn Höhe: 450 km

23 Annette EickerAPMG CHAMP - Bau

24 Annette EickerAPMG CHAMP - Bau

25 Annette EickerAPMG CHAMP - Bau

26 Annette EickerAPMG CHAMP - Launch

27 Annette EickerAPMG Instrumente Fluxgate Magnetometer Overhauser Magnetometer Digital Ion Drift Meter

28 Annette EickerAPMG Instrumente GPS-Antenne Laser Retro Reflector Star Camera Assembly

29 Annette EickerAPMG Bahnbestimmung GPS-Antenne

30 Annette EickerAPMG Bodenspuren

31 Annette EickerAPMG CHAMP GFZ- Potsdam

32 Annette EickerAPMG Schwerkraft Schwerebeschleunigung an der Erdoberfläche

33 Annette EickerAPMG Schwerkraft Schwerebeschleunigung an der Erdoberfläche

34 Annette EickerAPMG Schwerebeschleunigung an der Erdoberfläche Schwerkraft

35 Annette EickerAPMG Schwereanomalien ITG-Grace02s – GRS80 (n=2..160)

36 Annette EickerAPMG Geologie

37 Annette EickerAPMG Geologie

38 Annette EickerAPMG Geologie

39 Annette EickerAPMG Geologie

40 Annette EickerAPMG Das Geoid

41 Annette EickerAPMG Das Geoid

42 Annette EickerAPMG Das Geoid

43 Annette EickerAPMG Schwereanomalien ITG-Grace02s – GRS80 (n=2..160)

44 Annette EickerAPMG Die ruhende Meeresoberfläche ITG-Grace02s – GRS80 (n=2..160)

45 Annette EickerAPMG Das Geoid ITG-Grace02s – GRS80 (n=2..160)

46 Annette EickerAPMG Lotabweichungen

47 Annette EickerAPMG Nivellement

48 Annette EickerAPMG Lotabweichungen Theoretischer Schleifenschlussfehler

49 Annette EickerAPMG Gravity Recovery and Climate Experiment GRACE: - Start: März Flughöhe: 470 km - Abstand: 220 km - Umlaufzeit: 94 min - Polare Bahn GRACE: - Start: März Flughöhe: 470 km - Abstand: 220 km - Umlaufzeit: 94 min - Polare Bahn JPL

50 Annette EickerAPMG Gravity Recovery and Climate Experiment GRACE: - Start: März Flughöhe: 470 km - Abstand: 220 km - Umlaufzeit: 94 min - Polare Bahn GRACE: - Start: März Flughöhe: 470 km - Abstand: 220 km - Umlaufzeit: 94 min - Polare Bahn JPL

51 Annette EickerAPMG 1 51 GRACE Beobachtungen 51

52 Annette EickerAPMG 1 52 GRACE Beobachtungen 52 Abstand: ca μm K-band Mikrowellen Enfernungsmesser : Genauigkeit: < 1 μm GPS Empfänger: Genauigkeit: 2-3 cm K-band Mikrowellen Enfernungsmesser : Genauigkeit: < 1 μm GPS Empfänger: Genauigkeit: 2-3 cm Vergleich: Durchschnittliches menschliches Haar: 0,05 mm => 50 μm (Nicht vergessen: km/h) Genauigkeit: 12 Stellen

53 Annette EickerAPMG Zeitvariables Schwerefeld ITG-Grace03

54 Annette EickerAPMG Zeitvariables Schwerefeld ITG-Grace03 Hydrologisches Signal im Amazonasgebiet

55 Annette EickerAPMG Zeitvariables Schwerefeld ITG-Grace03 Massenverlust in Grönland Gigatonnen

56 Annette EickerAPMG Zeitvariables Schwerefeld ITG-Grace03 Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004) Shin-Chan Han, Ohio State

57 Annette EickerAPMG Lösen des Gleichungssystems Linearisiertes Gauß-Markoff-Modell: mit Designmatrix (vollbesetzt): x = GigaByte #Beobachtungen: ca. 60 Millionen (9 Jahre Daten, 5 Sek. Sampling) #Schwerefeldparameter: Satellitenzustandsvektor + Instrumentenkalibrierung #Schwerefeldparameter: Satellitenzustandsvektor + Instrumentenkalibrierung

58 Annette EickerAPMG Lösen des Gleichungssystems


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