This study focuses in aspects concerning gravity field processing of future LL-SST satellite missions. Closed-loop simulations taking into account error models of new generation instrument technology, are used to estimate the gravity field accuracy that future missions could provide. Limiting factors are designated, and methods for their treatment are developed. The contribution of all error sources to the error budget is analyzed. It is shown that gravity field processing with double precision may be a limiting factor for exploiting the nm-level accuracy of a laser interferometer. An enhanced precision processing scheme is proposed instead, where double and quadruple precision is used in different parts of the processing chain. It is demonstrated that processing with enhanced precision can efficiently handle laser measurements and take full advantage of their accuracy, while keeping the computational times within reasonable levels. However, error sources of considerably larger impact are expected to affect future missions, with the accelerometer instrument noise and temporal aliasing effects being the most significant ones. The effect of time-correlated noise such as the one present at accelerometer measurements, can be efficiently handled by frequency dependent data weighting. Residual time series that contain the effect of system errors and propagated accelerometer and laser noise, is considered as a noise realization with stationary stochastic properties. The weight matrix is constructed from the auto-correlation functions of these residuals. Applying the weight matrix to a noise case considering all error sources, leads in reduction of the error levels over the complete bandwidth. Co-estimation of empirical accelerations does not show the same efficiency in reducing the propagated noise with the applied processing strategy. Temporal aliasing effects are reduced essentially by adding a second pair of satellites at an inclined orbit. Compared to a GRACE-type near-polar pair, a Bender-type constellation delivers solutions with major improvements in terms of de-aliasing potential and recovery performance. When the integrated effect of all geophysical processes is recovered, the maximum spatial resolution of 11-day solutions can be increased from 715 to 315 km half-wavelength. A further reduction of temporal aliasing errors is possible by co-parameterizing low resolution gravity fields at short time intervals, together with the higher resolution gravity field which is sampled at a longer time interval. One day was found to be the optimal sampling period for reducing the error levels in the solutions. A uniform sampling at the co-parameterized short periods, is a prerequisite for an efficient reduction of aliasing errors. High frequency atmospheric signals are captured by daily solutions to a large extent. Hence co-parameterization at daily basis results in big reduction of aliasing caused by their under-sampling. This enables future gravity satellite missions to deliver the complete spectrum of Earth's geophysical processes. The corresponding by-products of daily gravity field solutions are expected to be very useful to atmospheric science and open doors to new fields of applications.      «

This study focuses in aspects concerning gravity field processing of future LL-SST satellite missions. Closed-loop simulations taking into account error models of new generation instrument technology, are used to estimate the gravity field accuracy that future missions could provide. Limiting factors are designated, and methods for their treatment are developed. The contribution of all error sources to the error budget is analyzed. It is shown that gravity field processing with double precisio...     »

Diese Doktorarbeit befasst sich schwerpunktmäßig mit der Schwerefeldprozessierung zukünftiger LL-SST Satellitenmissionen. Um die Genauigkeit zukünftiger Satellitenmissionen abzuschätzen, wurden Closed-loop Simulationen unter Einbeziehung von Fehlermodellen neuer Instrumentengenerationene durchgeführt. Einschränkebde Faktoren werden erörtert und entsprechende Lösungansätze entwickelt. Der Beitrag aller Fehlerquellen am gesamten Fehlerbudget wird ausgewertet. Es wird nachgewiesen, dass die Schwerefeldprozessierung mit doppelter Genauigkeit, ein limitierender Faktor für die Ausschöpfung der nm-Höhegenauigkeit eines Lasersinterferometers sein kann. Ein alternative Prozessierungschema erhöhter Genauigkeit wird stattdessen vorgeschlagen, in dem doppelte und vierfache Genauigkeit in verschiedenen Prozessierungsabschnitten verwendet wird. Es wird demonstriert, dass aserbeobachtungen mittels erhöhter Genauigkeit wirkungsvoll prozessiert werden können und deren Präzision voll ausgenutzt werden kann. Gleichzeitig bleibt der Rechenaufwand in angemessenen Grenzen. Auf der andere Seite, werden voraussichtlich andere Fehlerquellen sich stärker auf zukünftige Satellitenmissionen auswirken. Das Rauschen der Beschleunigungsmesser und die Effekte von zeitlichem Aliasing stellen die beiden größten Fehlerquelle dar. Fehler infolge von zeitkorreliertem Rauschen, wie z.B. in den Beobachtungen der Beschleunigungsmesser, können wirkungsvoll mittels frequenzabhängiger Datengewichtung behandelt werden. Eine Zeitreihe von Residuen, die den Effekt vom Systemrauschen, propagiertem Beschleunigungsmessrauschen und Laserrauschen beinhaltet, werden als Rauschenrealisierung mit stationären stochastischen Eigenschaften berücksichtigt. Die Gewichtungsmatrix wird durch Autokorrelationfunktionen erstellt. Die Einbeziehung der Gewichtungsmatrix in einen Fehlerfall, der alle Fehlerquellen betrachtet, führt zur Reduzierung des Fehlerniveaus über das ganzes Spektrum. Das Mitschätzen von empirischen Beschleunigungen, führt nicht zu derselben gleichmäßigen Reduzierung von Fehlern. Effekte von zeitlichem Aliasing reduzieren sich wesentlich durch die Erweiterung um ein zweites Satellitenpaar mit inklinierter Bahn. Im Vergleich zu einem GRACE-type Paar mit fast-polarer Bahn, liefert eine Bender Konstellation verbesserte Ergebnisse hinsichtlich der Reduzierung von Aliasingeffekte und Verwertungsleistung. Wenn eine integrierte Wirkung von allen geophysikalischen Prozessen betrachtet wird, kann sich die maximale räumliche Auflösung einer 11-tägigen Lösung von 715 auf 315 km halbe Wellenlänge steigern. Eine weitere Reduzierung der zeitlichen Aliasing-Effekte ist möglich, durch Mitschätzung von niedrig aufgelösten Schwerfeldlösungen über kurze Zeitspannen, zusammen mit der hoch aufgelösten Schwerfeldlösung, die über eine längere Zeitspanne abgetastet wird. Der optimale Abtastzeitraum für kurze Zeitspannen zur Reduzierung des Fehlerniveaus beträgt einen Tag. Ein einheitliches Abtasten innerhalb der kurzer Zeitspannen ist eine Voraussetzung für eine effektive Reduzierung der aliasing-Fehler. Hochfrequente Signale der Atmosphäre sind in großem Maß aus täglichen Perioden eingefangen. Somit führt die Co-Parametrisierung in täglichen Zeitspannen zu einer großen Reduzierung ihrer Aliasingfehler die durch Unterabtastung verursacht wird. Das ermöglicht zukünftige Satellitenmissionen das ganze Spektrum von geophysikalischen Prozessen der Erde auszuliefern. Die entsprechenden täglichen Schwerefeldlösungen stellen Nebenprodukte dar, die nützlich für die Atmosphärenforschung sind. Damit öffnen sich Perspektiven für neue Anwendungen.     «

Diese Doktorarbeit befasst sich schwerpunktmäßig mit der Schwerefeldprozessierung zukünftiger LL-SST Satellitenmissionen. Um die Genauigkeit zukünftiger Satellitenmissionen abzuschätzen, wurden Closed-loop Simulationen unter Einbeziehung von Fehlermodellen neuer Instrumentengenerationene durchgeführt. Einschränkebde Faktoren werden erörtert und entsprechende Lösungansätze entwickelt. Der Beitrag aller Fehlerquellen am gesamten Fehlerbudget wird ausgewertet. Es wird nachgewiesen, dass die Schwere...     »