Quelltext der Seite Satellitengeodäsie

Unter '''Satellitengeodäsie''' versteht man die [[Erdmessung|Erdvermessung]] mittels  [[Satellit (Raumfahrt)|künstlicher Erdsatelliten]].

Als eigenständiges Teilgebiet der [[Geodäsie]] etablierte sie sich um 1960, als die ersten [[geodätischer Satellit| geodätischen Satelliten]] gestartet wurden. Von festen [[Bodenstation]]en oder mit mobilen Funkempfängern werden Richtungen, Distanzen und Geschwindigkeiten der Satelliten gemessen, woraus man die Koordinaten der Stationen und/oder die genaue [[Satellitenbahn]] berechnen kann. Spezielle Sonden können die Höhe über dem Meeresspiegel oder Eigenschaften des [[Erdschwerefeld]]es messen, was die Bestimmung der mathematischen [[Erdfigur]] und des [[Geoid]]s ermöglicht.

== Charakteristika und Messprinzipien ==
Ein Charakteristikum der Satellitengeodäsie ist die hohe Geschwindigkeit der Flugkörper und ihre Bewegung in einem komplizierten Kräftefeld (Erdschwerefeld, verschiedenste [[Bahnstörung]]en durch Mond, Hochatmosphäre, Sonnenstrahlung, Magnetfelder usw). In erdnahen Bahnen laufen die Satelliten mit weniger als 8 Kilometer pro Sekunde, weshalb ein [[Zeitfehler]] von Millionstelsekunden bereits mehrere Dezimeter Ortsfehler bedeutet. Hohe Anforderungen stellen auch die Funktechnik, [[Telemetrie|Datenübertragung]] und die ständige weltweite Verfügbarkeit des räumlichen [[Bezugssystem]]s, in dem die [[Bahnbestimmung]] erfolgen muss. Die große Flughöhe und schwierige optische Sichtbarkeit war hingegen nur in den Anfangsjahren ein Problem.

Für den Einsatz geodätischer Satelliten und für die geodätische Nutzung von anderen Erdsatelliten gibt es prinzipiell vier methodische Vorgangsweisen:
# [[Geometrische Satellitengeodäsie]]: [[Richtungsmessung|Richtungs-]] und [[Distanzmessung]]en zum Aufbau von Netzen für die [[Positionsbestimmung]] der Messpunkte, der Berechnung ihrer [[Koordinate]]n und der genauen Erdfigur
# [[Dynamische Satellitengeodäsie]]: Geschwindigkeitsmessung und Bahnbestimmung von Satelliten sowie Analyse der Bahnstörungen zur Bestimmung des [[Schwerefeld]]es der Erde
# [[Kombiniert]]e Verfahren, die heute am wichtigsten sind: aus präzisen [[Bahnelemente|Bahndaten]] – z.&nbsp;B. von [[GPS]]-Satelliten – erlauben sie rasche und genaue [[Ortung]]en am Boden, die [[Navigation]] von Fahrzeugen und die Ortsbestimmung anderer Satelliten und Sonden.
# [[Erdbeobachtungssatellit]]en als [[Sensor]] oder aktive Messplattform für Zwecke der [[Fernerkundung]] der Erdoberfläche. Sie werden hier nicht näher behandelt.

Zu den Gruppen 1 bis 3 sind im Abschnitt ''Messmethoden'' einige Verfahren angeführt. Durch Optimierung dieser Methoden konnte die Erdmessung, die Punktbestimmung und die Definition von Bezugssystemen seit 1970 von einigen Metern Genauigkeit bis in den Zentimeter-Bereich und teilweise sogar in den Sub-Millimeter-Bereich gesteigert werden. Damit sind heute z.&nbsp;B. die Kontinentalverschiebungen durch [[Plattentektonik]] und Erdbeben oder feinste Schwankungen der Erdrotation nachweisbar.

== Einteilung nach Messmethoden ==
In der Satellitengeodäsie wird eine Reihe sehr verschiedener Messmethoden angewendet. Sie lassen sich wie folgt gliedern:

=== Richtungsmessungen ===
* Visuell: zu Beginn der Raumfahrt (1957 bis etwa 1970). Messung mittels Fernrohr oder [[Feldstecher]] vor dem [[Sternhintergrund|Hintergrund]] des [[Sternhimmel]]s oder mit speziellen [[Theodolit]]en; erreichbare Genauigkeit 10–50 [[Bogensekunde]]n
** Spezielle Messmethoden in den [[Moonwatch]]-Projekten und für [[Ballonsatellit]]en.
* [[Fotografisch]]: 1957 bis etwa 1980, [[ballistische Kamera]]s mit [[Fotoplatte]]n, spezielle [[Satellitenkamera]]s auch mit Filmen; Brennweite 20–100&nbsp;cm, Genauigkeit 1–5 Bogensekunde, was z.&nbsp;B. quer über Europa im Netzverbund [[WEST]] einige Meter auf 2.000 Kilometer ergab. Später durch Funkverfahren (GPS), Lasersatelliten und [[CCD-Sensor]]en verdrängt.
** Minimierung der Zeitfehler durch [[Blitzlicht-Satellit]]en, nachgeführte Kameras und hochpräzise Uhrsysteme.  
* CCD-Kameras: seit etwa 1995, verstärkt ab 2005 (automatische Steuerung, digitale Auswertungsmethoden). Genauigkeiten bis 0,5 Bogensekunden.
* Anfangs auch mit [[Funkwellen]] (automatisch, aber relativ ungenau) und [[Interferometrie]] (hoher Aufwand).
* [[Astrometrie]] durch Scannen des Sternhimmels und Zeitmessung (siehe [[Hipparcos]]): indirekt geodätisch nutzbar als extraterrestrisches [[Bezugssystem]].

=== Distanzmessungen ===
* [[Elektronische Distanzmessung]] mit Mikrowellen (z.&nbsp;B. SECOR bis etwa 1970; GPS siehe unten) und mit [[Radar]]: heute auch zwischen Satelliten (SST, s.&nbsp;u.) und mit Geschwindigkeitsmessung ([[PRARE]]) auf wenige mm.
* [[Satellite Laser Ranging|Laser Ranging]] durch Laufzeitmessung extrem kurzer [[Laser]]-Impulse. Seit etwa 1965 (±5&nbsp;m genau), heute ebenfalls einige mm.
* [[Dopplereffekt]], siehe auch Hyperbel- und [[Funknavigation]]. Bekanntestes Verfahren 1964–1995 war [[Transit (Satellitensystem)|Transit]] (NNSS, ±20&nbsp;m bis 30&nbsp;cm), heute globales [[Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite|DORIS]]-System etwa ±10&nbsp;cm.
* [[Pseudoranging]]: Laufzeitmessung kodierter Mikrowellen, Uhrfehler wird aus Überbestimmung berechnet. Messmethode von [[Global Positioning System|GPS]]-NAVSTAR, [[GLONASS]] und des künftigen Galileo, Genauigkeit mm–cm je nach Methode.
* ''Alle genannten Messungen'' sind wegen der [[Erdatmosphäre]] zu korrigieren, ihre Genauigkeit durch längere Messreihen und spezielle Bahn- und [[Auswertung]]smethoden zu steigern. „Zweiwegmessungen“ (hin und zurück) sind genauer als Einwegmessungen.

=== Höhenmessung ===
Höhenmessung oder [[Satellitenaltimetrie]] über dem Meer, künftig auch über Eisflächen: Laufzeitmessung eines Radarimpulses, der von der Meeresoberfläche reflektiert wird. Genauigkeit 1978 ([[Seasat]]) um 20&nbsp;cm, heute im Zentimeterbereich. Wichtige Methode der Geoid-Bestimmung und für die [[Ozeanografie]] (Wind, Wellen, [[Meeresströmung]]en), Einsatz u.&nbsp;a. bei den [[European Remote Sensing Satellite|ERS]]-Satelliten der ESA.

[[TerraSAR-X]] wurde im Juni 2007 gestartet; seit 2010 hat er einen „Zwilling“ (namens [[TanDEM-X]]), der ihn in unter einem Kilometer Entfernung im All begleitet. 
TS-X ist mit einem einzigartigen SAR-Sensor ausgestattet; er liefert besonders hochauflösende Bilder (Wellenlänge nur 31&nbsp;mm). Die ozeanographischen Anwendungen von TS-X-Daten sind: Berechnung der Seegangsparameter, Windfelder, Küstenlinien, Eis-, Ölfilm- und Schiffsdetektion. In der Tandem-Konstellation ist es zusätzlich möglich, Bewegungen zu detektieren und so Meeresströmungen, Meereisdrift und Schiffsgeschwindigkeiten zu bestimmen.<ref>[http://www.deutsches-museum.de/information/vortraege/fuer-jedermann-1213/fuer-jedermann-1011/16022011-lehner/ www.deutsches-museum.de]</ref>

=== SST und Geschwindigkeit ===
* [[Satellite-to-Satellite Tracking]] (SST): [[Mikrowellen]]-Distanzmessung ''zwischen'' Satelliten. Erste Versuche 1975, äußerst erfolgreich bei [[Zwilling]]s-Satellit [[GRACE]] (2004) für örtliche Details im Schwerefeld.
* [[Geschwindigkeit]]: aus Differenzen von Radarmessungen, vor allem aber mit Dopplereffekt (Transit, DORIS-System) und mit ''Precise RAnge and range Rate Exp.'' (PRARE, für diverse Sonden ab 1990).

=== Gradiometrie ===
* Messung von [[Schweregradient]]en (Unterschied im Schwerefeld an verschiedenen Stellen des Satelliten). Erstmals bei [[Gravity field and steady-state ocean circulation explorer|GOCE]] 2008.
* Messung von [[Beschleunigung]]en im Satelliten durch [[Accelerometer]]- und Kreiselsysteme. Entwicklungsprobleme seit 10 Jahren, erstmals bei GOCE.

=== Fernerkundung und Kartografie ===
(siehe Spezialartikel): [[Fotografie|Fotos]] oder [[Digitalfotografie|digitale Aufnahmen]] von der Erdoberfläche, multispektrale Scanner, Side Looking Radar usw. Geodätisch nutzbar vor allem als Interferometrie bei lokalen Prozessen der [[Geodynamik]].
<!-- == 1965–1975 erfolgreich mit Blitzlicht ==

Die hellen Ballonsatelliten sind zwar gut sichtbar und waren schon zu Beginn der Raumfahrt auch auf [[feinkörnig]]en (weniger empfindlichen) [[Fotoplatte]]n gut messbar, doch gab es Probleme mit der präzisen [[Zeitnehmung]] der Satellitenspur. Sie war damals noch kaum genauer möglich als einige [[Millisekunde]]n.

Da Satelliten mit immerhin 7–8&nbsp;km pro Sekunde die [[Erde]] umkreisen, bedeutet ein [[Zeitfehler]] von 0,002 Sekunden rund 15&nbsp;Meter. Man hatte sich jedoch das Ziel gesteckt, die [[Bodenstation]]en binnen weniger Jahre auf einige Meter genau zu vermessen. Daher verfiel man bereits um 1960 auf die Methode der „[[Blitzlicht]]-Satelliten“.

Für den Aufbau eines [[dreidimensional]]en Vermessungsnetzes braucht die Satellitengeodäsie nämlich weniger die derart exakte Zeit, als vielmehr genau definierte [[Zielmarke|Zielpunkte]]. Wenn 2 Stationen dieselbe Blitzserie eines Satelliten aufnehmen, ist das auf einfache Art gegeben.<br />
Die Blitztechnik war 1965 bereits ausgereift, als der kleine –&nbsp;nun bereits elektronische&nbsp;– Satellit [[GEOS (NASA)|GEOS]] (später Geos-1 genannt) gestartet wurde. Mit seinem jüngeren Bruder [[GEOS (NASA)|GEOS&nbsp;2]] brachte er eine merkliche Genauigkeitssteigerung.

Ab etwa 1975 sank jedoch die Bedeutung fast aller [[optisch]]er Messverfahren, weil sie von den rasanten Fortschritten der elektronischen [[Elektronische Distanzmessung|Distanzmessung]] überholt wurde. Erst durch die jüngst entwickelten Beobachtungsmethoden mit [[CCD-Sensor|CCD]] und die hochpräzisen [[Sternörter]] des [[Astrometriesatellit]]en Hipparcos könnte sich das wieder zugunsten der [[Richtungsmessung]]en ändern. -->

== Siehe auch ==
* [[Satellitennavigation]], [[Hyperbelverfahren]]
* [[IERS Terrestrial Reference System]], [[Fundamentalsystem (Astronomie)|Fundamentalsystem]]

== Literatur und Weblinks ==
* Günter Seeber, ''Satellitengeodäsie''. Verlag De Gruyter, Berlin 1989
* Günter Seeber, ''Satellite Geodesy''. De Gruyter, Berlin – New York 2003 [http://uqu.edu.sa/files2/tiny_mce/plugins/filemanager/files/4260086/8/Satellite%20Geodesy.pdf (online, 610 Seiten, 11 MB, PDF)] (englisch)
* [http://www.fgs.bv.tum.de/mediadb/258135/258136/FGS_Forschungsprogramm_2011_2015_020610.pdf Forschungsgruppe Satellitengeodäsie, Programm 2011-2015, Bonn 2010] (PDF; 6,3&nbsp;MB)

== Fußnoten == 
<references /> 

{{SORTIERUNG:Satellitengeodasie}}
[[Kategorie:Satellitengeodäsie|Satellitengeodasie]]
[[Kategorie:Erdmessung]]
[[Kategorie:Satellitenbeobachtung]]