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Technisches
Fachgebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung einer Verfolgung eines
Signals mit offener Schleife in einem Radio-Okkultations-Meßsystem
gemäß der Präambel von
Anspruch 1, eine Anordnung zum Bereitstellen einer Vorhersage eines Dopplerverschiebungsabstands
eines gesendeten Signals gemäß der Präambel von
Anspruch 5 und ein Verfahren zur Bestimmung von Atmosphärenbedingungen
aus Informationen über
den Dopplerverschiebungsabstand in einem Radio-Okkultations-Meßsystem,
das aufweist: einen ersten Satelliten, der mit einer Sendeeinrichtung
ausgestattet ist, die eingerichtet ist, mit einer wohldefinierten
Trägerfrequenz
zu senden, einen zweiten Satelliten, der mit einer Signalempfangseinrichtung
ausgestattet ist, wobei das gesendete Signal einen Strahlweg von dem
ersten Satelliten zu dem zweiten Satelliten hat, der in die Atmosphäre absteigt
und von ihr aufsteigt.
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Technischer
Hintergrund
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Radio-Okkultations-Meßgeräte, die GNSS-Signale
(Signale von globalen Navigationssatellitensystemen) verwenden,
sind raumfluggestützte Empfänger, die
Informationen bezüglich
der Dopplerverschiebung von Signalen bereitstellen, welche zum Beispiel
ein GPS-Satellit mit einer wohldefinierten Position in einer wohldefinierten
Umlaufbahn und einem Sender mit einer wohldefinierten Frequenz sendet.
Das Signal von dem GPS-Satelliten wird, nachdem es die Atmosphäre durchquert
hat, von einem Empfänger
an einem Satelliten mit erdnaher Umlaufbahn empfangen. Die Dopplerverschiebung
des Empfangssignals wird gemessen, und aus dieser Messung können vertikale
Profile der Temperatur, des Drucks und der Dichte in der Atmosphäre abgeleitet
werden. Die Grundfunktion des Radio-Okkultations-Meßgeräts ist somit,
Signale zu empfangen, welche die Atmosphäre in verschiedenen Höhen durchquert
haben, die Erfassung derartiger Signale, nachdem sie dichte troposphärische Schichten
häufig
mit hohem Brechungsvermögen
durchquert haben, was eine Dynamik in der Amplitude und Phase bewirkt.
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GNSS-Radio-Okkultation
ist ein Atmosphären-Abtastwerkzeug
mit Vorteilen bezüglich
Allwettertauglichkeit, weil Wolken die Signale nicht abblocken.
Das Verfahren sorgt für
eine hohe vertikale Auflösung
von 1,5 km in der Stratosphäre
bis 0,2 km in der Troposphäre.
Die Genauigkeit der gewonnenen Temperatur ist im Bereich von 1 K.
Außerdem
stellt das Verfahren eine langfristige Konsistenz bereit, was für die Überwachung
von Klimaänderungen
unverzichtbar ist.
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Eine
Beschreibung, wie das Meßprinzip
der Radio-Okkultation
für einen
Einstellsatelliten ausgeführt
wird, wird unter Bezug auf 1 gegeben.
Die Messung wird gemäß dem Folgenden
durchgeführt:
Ein
Meßgerät erfaßt und verfolgt
das GPS-Signal auf zwei Frequenzen L1 und L2. Die Verfolgung wird durchgeführt, wenn
ein Strahlweg 1 von dem Satelliten 2, der den
Sender befördert,
zu dem Satelliten 3 mit erdnaher Umlaufbahn die oberen
Teile der Atmosphäre
nicht durchläuft.
Diese Position ist in 2 mit P1 bezeichnet. Wenn der
Strahlweg 1 in die Atmosphäre absteigt, wird die Trägerphase
gemessen, und die Dopplerverschiebung wird aus dem gemessenen Träger berechnet.
Die Phasenmessungen werden an eine auf der Erde angeordnete Empfangsstation 4 gesendet.
Die zusammen mit Informationen bezüglich der Position und der
Geschwindigkeit der Satelliten aufgezeichnete Dopplerverschiebung
wird verwendet, um die Sende- und Empfangsrichtungen zu bestimmen.
Die Position des Satelliten 2, der den Sender befördert, ist
mit xG bezeichnet, und die Position des
Satelliten mit erdnaher Umlaufbahn ist mit xL bezeichnet,
wobei xG und xL Vektoren
sind. Ein weiterer Vektor x ist als die Position von beiden Satelliten, d.h.
x = (xG, xL), definiert.
Im Fall einer sphärisch
symmetrischen Atmosphäre
ist der zentrale Teil des Strahlwegs, das ist ein Teil 5 des
Strahlwegs um den Punkt herum, an dem die Entfernung zur Erde ein
Minimum hat, symmetrisch. Daher sind die Entfernungen vom Erdmittelpunkt
zu Strahlasymptoten 6, 7 an den jeweiligen Auftreffpunkten 8, 9,
die als Auftreffparameter a bekannt sind, gleich. Die Auftreffpunkte 8, 9 befinden
sich auf dem Strahlweg 1, wo eine senkrecht zu einer Strahlasymptote 6, 7 angeordnete Ebene
durch den Erdmittelpunkt geht. Außerdem kreuzen sich die Strahlasymptoten
gegenseitig in einem Winkel α,
der als Brechungswinkel definiert ist. Die Auftreffparameter a und
der Brechungswinkel α können lediglich
unter Verwendung von Meßgeometrie
aus der Dopplerverschiebung berechnet werden. Auf diese Weise kann
der Brechungswinkel α als
eine Funktion des Auftreffparameters abgeleitet werden. Wenn Messungen
durchgeführt
werden, werden das Dispersionsverhalten der Ionosphäre und das
nicht dispersive Verhalten der neutralen Atmosphäre verwendet, um die Bestimmung
des Brechungswinkelbeitrags jeder dieser Schichten zu ermöglichen.
Ferner ermöglicht
die Verwendung der symmetrischen Atmosphärenbedingung die Bestimmung
des Brechungsindexprofils α(r)
als eine Funktion des Erdradius aus dem Brechungswinkel α unter Verwendung der
Abel-Transformation. Das Brechungsindexprofil α(r) hängt vom Luftdruck, der Temperatur
und dem Wasserdampfgehalt ab, wobei diese Parameter unter Verwendung
der Gasgleichung und der hydrostatischen Gleichgewichtsgleichung
gewonnen werden.
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Eine
detailliertere Darstellung, wie Radio-Okkultation durchgeführt wird,
wird bereitgestellt in: "The
Derivation of Atmospheric Properties by Radio Occultation", P. Hoeg et al.,
Dänischer
meteorologischer Bericht 95-4, 1994, "Observing Earth's Atmosphere with Radio Occultation
Measurements using the GPS",
E.R. Kursinsky et al., Journal of Geophysical Research, 102, Nr.
D19, Oktober 1997, "The
Application of Spaceborne GPS to Atmospheric Limb Sounding and Global
Change Monitoring",
W.G. Melbourne et al., JPL- Veröffentlichung
94-18, 1994, und "Analysis
and Validation of GPS/MET Data in the Neutral Atmosphere", C. Rocken et al.,
Journal of Geophysical Research, 1998, welche hier alle per Referenz
eingebunden sind.
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Während der
Strahlweg die Atmosphäre
in niedrigeren Höhen
durchquert, wird der Strahl aufgrund der Zunahme des Brechungsvermögens allmählich weiter
gebogen, geschwächt
und verbreitert. In hohen Höhen,
wo das Signal stark ist, synchronisiert sich der Empfänger auf
den Signalträger,
während
in niedrigeren Höhen,
wo das Signal schwach ist und starke dynamische Eigenschaften hat,
die Verfolgung manchmal nicht durchgeführt werden kann. Daher besteht
ein Bedarf an einer unterstützten
Verfolgung, die modellbasiert ist. Es wurden Versuche unternommen,
modellbasierte Verfolgung durchzuführen, die vorgeschlagenen Verfahren
haben jedoch gezeigt, daß sie
Schwierigkeiten aufgrund des großen Einflusses der atmosphärischen
Dopplerverschiebung in den niedrigsten Höhen umfassen, was zu einem
Signalverlust oder Ungenauigkeiten in den Meßergebnissen für niedrige
Höhen,
das heißt
Höhen von
weniger als 5 km über
der Erdoberfläche, führt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Durchführung der
Verfolgung eines Signals mit offener Schleife in einem Radio-Okkultations-Meßsystem
zur Verfügung
zu stellen, wobei die Auswirkungen der großen Schwankung der atmosphärischen
Dopplerverschiebung in niedrigen Höhen gemildert werden. Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfolgung eines Signals
mit offener Schleife in einem Radio-Okkultations-Meßsystem
gemäß dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Anordnung zur Bereitstellung
einer Vorhersage des Dopplerverschiebungsabstands eines gesendeten
Signals in einem Radio-Okkultationssystem zur Verfügung zu
stellen, wobei die Auswirkungen der großen Schwankung der atmosphärischen
Dopplerverschiebung in niedrigen Höhen gemildert werden. Diese
Aufgabe wird durch eine Anord nung zur Bereitstellung einer Vorhersage
des Dopplerverschiebungsabstands eines gesendeten Signals in einem
Radio-Okkultations-Meßsystem
gemäß dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 5 gelöst.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Bestimmung
von Atmosphärenbedingungen
aus der Informationen über
den Dopplerverschiebungsabstand in einem Radio-Okkultations-Meßsystem
zur Verfügung
zu stellen, wobei die Auswirkungen der großen Schwankung der atmosphärischen
Dopplerverschiebung in niedrigen Höhen gemildert werden. Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung von Atmosphärenbedingungen
aus der Informationen über
den Dopplerverschiebungsabstand in einem Radio-Okkultations-Meßsystem
gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Die
weiter oben dargelegten Aufgaben werden alle durch die Tatsache
gelöst,
daß die
Einrichtung zur Bereitstellung eines Steuersignals eingerichtet
ist, um den parametrischen Wert Q(x,v,α(x)) bereitzustellen, welcher
asymptotisch gegen eine Funktion F(x,v) konvergiert, die von den
Satellitenpositionen und Geschwindigkeiten abhängt und unabhängig von
den Atmosphärenbedingungen
ist, wenn der Strahlweg die Atmosphäre verläßt, und asymptotisch gegen
einen festen Wert konvergiert, wenn der Strahlweg sich der Erdoberfläche nähert, wobei
der parametrische Wert eingerichtet ist, die Signalerfassung durch
die Frequenzsteuerungseinheit bereitzustellen. Durch Verwendung
des parametrischen Werts mit diesen Eigenschaften ist es möglich, die Verfolgung
mit offener Schleife derart einzurichten, daß sie der Phasenverschiebung
in den niedrigen Bereichen geeignet folgt, und dadurch gute Meßergebnisse
zu erzielen. Dies liegt an der Tatsache, daß die Auftreffhöhe bei niedrigen
Auftreffhöhen
asymptotisch gegen einen konstanten Wert konvergiert, selbst wenn
der atmosphärische
Dopplereffekt in niedrigen Auftreffhöhen sehr hoch ist. Die Signalerfassung
wird durch die Signalempfangseinrichtung durchgeführt, wobei
eine Antenne ein Signal empfängt
und eine Abwärtsmischungsschaltung
das von der Antenne empfangene Signal mit einer modellgesteuerten
Frequenz abwärtsmischt,
die von einem in der Frequenz steuerungseinheit enthaltenen lokalen Oszillator
unter Verwendung des parametrischen Werts erzeugt wird. Außerdem umfaßt die Signalempfangseinrichtung
eine Abtastschaltung, die eingerichtet ist, das abwärtsgemischte
Signal mit einer Abtastfrequenz abzutasten, die breit genug ist,
die Bandbreite des Empfangssignals zusammen mit der Abweichung der
Mittenfrequenz des Empfangssignals und die Mittenfrequenz eines
Signals aufzunehmen, welche durch den parametrischen Wert vorhergesagt
werden.
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Die
Geradentangentialhöhe
ist als der Abstand zwischen dem Ellipsentangentialpunkt und dem
Geradentangentialpunkt definiert. Der Ellipsentangentialpunkt ist
als ein Punkt auf der Erdoberfläche
definiert, wo die geradlinige Sichtlinie zwischen dem Satelliten
auf der erdnahen Umlaufbahn und dem Satelliten, der den Sender befördert, parallel
zu der Tangente der Erdoberfläche
ist und der in der Ebene liegt, die von zwei Satelliten und dem
Erdmittelpunkt aufgespannt wird. Der Geradentangentialpunkt ist
als der Punkt einer Geraden zwischen dem Satelliten auf der erdnahen
Umlaufbahn und dem Satelliten, der den Sender befördert, definiert,
der am nächsten
zu dem Ellipsentangentialpunkt ist.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
wird die geradlinige Höhe
als eine Basis für
die Berechnung des parametrischen Werts verwendet. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, da die geradlinige Höhe fortlaufend zu großen negativen
Zahlen hin abnimmt, wenn die Auftreffhöhe bei niedrigen Auftreffhöhen asymptotisch
gegen einen konstanten Wert konvergiert, wodurch die Auswirkungen
einer großen Schwankung
des atmosphärischen
Dopplereffekts mit der Spanne der Variablen kompensiert werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird zusammen mit der Referenz auf die beigefügten Zeichnungen
detaillierter beschrieben, wobei
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1 eine
Skizze eines Radio-Okkultations-Meßsystems zeigt,
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2 Definitionen
der Strahlgeometrie zeigt,
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3 eine
Ausführungsform
einer Anordnung zur Durchführung
einer Vorhersage des Dopplerverschiebungsabstands zeigt,
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4 eine
Radio-Okkultationsgeometrie ist, die den Brechungswinkel und den
Auftreffparameter zeigt, und
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5 ein
Modell für
die Nennstrahlauftreffhöhe
(NRIPA) als eine Funktion der Geradentangentialhöhe (SLTA) ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In 1 ist
ein Radio-Okkultations-Meßsystem
gezeigt. Das System umfaßt:
einen ersten Satelliten 2, der mit einer Sendeeinrichtung
ausgestattet ist, die eingerichtet ist, ein Signal mit einer wohldefinierten
Trägerfrequenz
zu senden, und einen zweiten Satelliten 3, der mit einer
Signalempfangseinrichtung ausgestattet ist, die das Signal empfängt, wobei
das gesendete Signal einen Strahlweg 1 von dem ersten Satelliten 2 zu
dem zweiten Satelliten 3 hat, der in die Atmosphäre 12 absteigt
und von ihr aufsteigt. Der erste Satellit ist bevorzugt ein GPS-Satellit
mit einer wohldefinierten Position in einer wohldefinierten Erdumlaufbahn.
Für detaillierte
Informationen über GPS-Systeme
wird verwiesen auf "Understanding GPS – Principles
and Applications",
E.D. Kaplan, Artech House, 1996. Außerdem sind die Frequenzen der
Sendeeinrichtung wohldefiniert. In einem praktisch existierenden
System sind diese Frequenzen 1,227 und 1,575 GHz, aber andere Frequenzen könnten verwendet
werden. Der zweite Satellit 3 ist bevorzugt ein Satellit
mit erdnaher Umlaufbahn. Dieser zweite Satellit 3 empfängt das
von dem ersten Satelliten 2 gesendete Signal und mißt den Dopplerverschiebungsabstand
des Signals. Informationen bezüglich
des Dopplerverschiebungsabstands werden dann an eine auf der Erde
positionierte Empfangsstation 4 gesendet. Das Signal wird
auf der Erde weiter verarbeitet, um Atmosphärenbedingungen, wie etwa eine
Temperatur, eine Dichte und einen Druck, als eine Funktion der Höhe zu bestimmen.
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Radio-Okkultationssysteme
und die in derartigen Systemen allgemein enthaltene Vorrichtung sind
Fachleuten auf dem Gebiet zum Beispiel durch "The Derivation of Atmospheric Properties
by Radio Occultation",
P. Hoeg et al., Dänischer
meteorologischer Bericht 95-4, 1994, "Observing Earth's Atmosphere with Radio Occultation
Measurements using the GPS",
E.R. Kursinsky et al., Journal of Geophysical Research, 102, Nr.
D19, Oktober 1997, "The
Application of Spaceborne GPS to Atmospheric Limb Sounding and Global
Change Monitoring",
W.G. Melbourne et al., JPL-Veröffentlichung
94-18, 1994, und "Analysis
and Validation of GPS/MET Data in the Neutral Atmosphere", C. Rocken et al.,
Journal of Geophysical Research, 1998, bekannt und werden daher
nicht detaillierter beschrieben.
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In
großen
Höhen,
das heißt,
wenn ein Strahlweg, der in 2 detaillierter
beschrieben wird, die Atmosphäre
auf seinem Weg von dem ersten Satelliten 2 zu dem zweiten
Satelliten 3 nicht durchläuft, wobei das Signal stark
ist, synchronisiert sich der Empfänger auf das Trägersignal,
und es wird eine Phasenregelschleifenverfolgung des Trägersignals durchgeführt. Der
zweite Satellit ist mit einem System für Phasenregelschleifen zur
Trägererfassung
ausgestattet. Derartige Systeme sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt
und werden daher nicht detaillierter beschrieben. Auf den niedrigeren
Höhen,
wo das Signal schwach ist und große Dynamikeigenschaften hat,
kann die Verfolgung nicht durchgeführt werden. Daher besteht ein
Bedarf an einer modellbasierten Verfolgung.
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Der
zweite Satellit 3 ist mit einer Vorrichtung zur Durchführung einer
Verfolgung eines Signals mit offener Schleife ausgestattet. Die
Vorrichtung zur Durchführung
einer Verfolgung mit offener Schleife umfaßt eine Einrichtung zur Bereitstellung
eines Steuersignals an eine Frequenzsteuerungseinheit für die Signalerfassung,
welche in der Empfangseinrichtung enthalten ist, die auf dem zweiten
Satelliten 3 eingerichtet ist. Die Frequenzsteuerungseinheit
für die
Signalerfassung ist von einer Art, die Fachleuten auf dem Gebiet
bekannt ist und die daher nicht detaillierter beschrieben wird.
Die Frequenzsteuerungseinheit ist bevorzugt als ein Teil des Systems
für die Phasenregelschleifensignalerfassung
eingerichtet, die auf dem zweiten Satelliten eingerichtet ist. Die Vorrichtung
zur Durchführung
einer Verfolgung mit offener Schleife umfaßt eine Einrichtung zum Empfangen
von Informationen I(x,v) bezüglich
der Position und Geschwindigkeit des ersten und zweiten Satelliten.
Hier ist x ein 6-dimensionaler Vektor, der die Positionen sowohl
des ersten Satelliten 2 als auch des zweiten Satelliten 3 enthält, und
v ist ein 6-dimensionaler Vektor, der die Geschwindigkeiten sowohl
des ersten Satelliten 2 als auch des zweiten Satelliten 3 enthält. Bevorzugt
wird ein Koordinatensystem mit dem Koordinatenausgangspunkt am Erdmittelpunkt
verwendet, aber es könnte
jedes beliebige andere Koordinatensystem verwendet werden. Die Verfolgung
mit offener Schleife wird unter Verwendung der Informationen I(x,v)
bezüglich
der Position und Geschwindigkeit des ersten und zweiten Satelliten
in einer Weise durchgeführt,
die unter Bezug auf 3 beschrieben wird.
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2 ist
die Geometrie eines Strahlwegs 1 von dem ersten Satelliten 2 zu
dem zweiten Satelliten. Der Strahlweg folgt einer ersten Strahlasymptote 6,
bis der Strahl in der Atmosphäre
gebogen wird, wonach er einer zweiten Strahlasymptote 7 folgt.
Die ersten und zweiten Strahlasymptoten 6, 7 kreuzen sich
gegenseitig in einem Brechungswinkel α. Die Auftreffpunkte 8, 9 befinden
sich auf den Strahlasymptoten, wo eine senkrecht zu einer Strahlasymptote 6, 7 angeordnete
Ebene durch den Erdmittelpunkt geht. Eine Gerade 10 verbindet
den ersten und den zweiten Satelliten. Die Geradentangentialhöhe SLTA ist
als der Abstand zwischen dem E1-lipsentangentialpunkt
und dem Geradentangentialpunkt definiert. Der Ellipsentangentialpunkt
ist als ein Punkt auf der Erdoberfläche definiert, wo die geradlinige
Sichtlinie zwischen dem Satelliten auf der erdnahen Umlaufbahn und
dem Satelliten, der den Sender befördert, parallel zu der Tangente
der Erdoberfläche
ist. Der Geradentangentialpunkt ist als der Punkt einer Geraden
zwischen dem Satelliten auf der erdnahen Umlaufbahn und dem Satelliten,
der den Sender befördert,
definiert, der am nächsten
zu dem Ellipsentangentialpunkt ist.
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FR-A-2
746 232 offenbart ein Verfahren zur Verringerung der Schwellwerte
für die
Trägererfassung
und die Verfolgung für
einen Empfänger
auf der Umlaufbahn, der auf eine Umlaufbahn-Navigationseinrichtung
zugreift.
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3 ist
ein Blockmodell einer Vorrichtung zur Durchführung einer Verfolgung eines
Signals mit offener Schleife in einer Radio-Okkultations-Meßvorrichtung.
Die Vorrichtung ist allgemein mit 13 bezeichnet. Die Vorrichtung
umfaßt
eine Einrichtung zum Empfangen von Informationen I(x,v) bezüglich der
Position und Geschwindigkeit des ersten und zweiten Satelliten.
Die Informationen bezüglich
der Position x des ersten und zweiten Satelliten werden als eine
Eingabe an einen ersten Funktionsblock 14 der Vorrichtung 13 zur
Durchführung
der Verfolgung mit offener Schleife verwendet. Ein zweiter Funktionsblock 15 umfaßt ein Modell
der Erdgeometrie. Für Strahlweg-Modellierungszwecke
wird das Modell der Erde als der Erdreferenzellipsoid (ERE) definiert, welcher
im [WGS84]-Rahmen definiert ist als: RErde = RÄquator·(1 – f·sin(Höhe0·π/180)2)wobei
RÄquator =
6378,137 km
f = 0,0033528 und
Höhe0 die Höhe des Tangentialpunkts ist.
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RErde und wir haben bei der Höhe0 eine
lokale sphärische
Symmetrie. Natürlich
können
andere Modelle, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet
werden.
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In
dem ersten Funktionsblock wird die Geradentangentialhöhe SLTA
aus den Positionen x des ersten und zweiten Satelliten und Informationen
bezüglich
des lokalen Erdradius berechnet, der durch das Erdmodell in dem
zweiten Funktionsblock bereitgestellt wird. Die Geradentangentialhöhe SLTA
wird als Eingabe an einen dritten Funktionsblock 16 verwendet,
bei dem eine Berechnung einer Nennstrahl-Auftreffhöhe NRIPA
durchgeführt
wird. Die Nennstrahl-Auftreffhöhe
ist als der Abstand von der Erdoberfläche zu den Auftreffpunkten 8, 9 definiert. Die
Entsprechung zwischen der Nennstrahl-Auftreffhöhe NRIPA und der Geradentangentialhöhe SLTA ist
als eine Karte definiert, die aus Berechnungen der Strahlweggeometrie
in einer normalen Atmosphäre erzeugt
wird.
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Eine
Definition der Entsprechung zwischen SLTA und NRIPA ist wie folgt
definiert:
Der kritische Teil des Dopplermodells ist die Berechnung
der NRIPA als eine Funktion der SLTA. Diese zwei Parameter sind
definiert als:
- NRIPA:
- Höhe des Nennstrahl-Auftreffpunkts (über dem
Erdreferenzellipsoid)
- SLTA:
- Geradentangentialhöhe (Abstand
zwischen SLTP und ETP)
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Wir
definieren den folgenden Ausdruck: NRIPA(SLTA) = MCC·log10(10MIPA/MCC + 10SLTA/MCC) (1)wobei
MCC
= 35 km (Modellkrümmungskonstante)
MIPA
= 3,2 km (minimale Höhe
des Auftreffpunkts)
und SLTA und NRIPA in Kilometern sind.
Eine graphische Darstellung der Modellfunktion ist in 5 gezeigt.
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In
einem vierten Funktionsblock 17 werden die Nennstrahl-Auftreffhöhe NRIPA
und der lokale Erdradius RErde addiert,
wobei der Abstand von der Erdmitte zu den Auftreffpunkten 8, 9 berechnet
wird. Der Abstand zu dem Auftreffpunkt a, die Positionen x des ersten
und zweiten Satelliten und die Geschwindigkeit v des ersten und
zweiten Satelliten werden als Eingabeparameter an einen fünften Funktionsblock 18 verwendet.
In dem fünften
Funktionsblock 18 wird aus den Eingabeparametern die Projektion
des Dopplerverschiebungsabstands in die Richtung der Strahlasymptoten
berechnet. Der berechnete Dopplerverschiebungsabstand wird dann
in ein Signal umgewandelt, das an die Einrichtung zur Bereitstellung eines
Steuersignals an eine Frequenzsteuerungseinheit für die Signalerfassung
geliefert wird, welche in der auf dem zweiten Satelliten 3 eingerichteten
Empfangseinrichtung enthalten ist. Durch Verwendung dieses Verfahrens
zur Berechnung des Dopplerverschiebungsabstands wird ein Steuersignal
eingerichtet, das dazu gedacht ist, an die Frequenzsteuerungseinheit
gesendet zu werden, das einen parametrischen Wert Q(x,v,α(x)) bereitstellt,
der asymptotisch gegen eine Funktion F(x,v) konvergiert, die abhängig von
den Satellitenpositionen und Geschwindigkeiten und unabhängig von
Atmosphärenbedingungen
ist, wenn der Strahlweg die Atmosphäre verläßt, und asymptotisch gegen
einen festen Wert konvergiert, wenn der Strahlweg sich der Erdoberfläche nähert. Der
parametrische Wert ist eingerichtet, für die Signalerfassung durch
die Frequenzsteuerungseinheit zu sorgen.
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In
der Berechnung wird die folgende Beziehung zwischen der Satellitengeometrie,
dem Auftreffparameter und der Dopplerverschiebung verwendet, wobei
der Einfachheit halber kreisförmige
Umlaufbahnen angenommen werden:
Die Phasenträger-Phasenmessung
liefert die Dopplerverschiebung Δf
D:
- f Meßfrequenz
- c Lichtgeschwindigkeit
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Der
Dopplereffekt wird zu dem Auftreffparameter a in Beziehung gesetzt
(wobei sphärische Symmetrie
angenommen wird):
und der Biegewinkel:
- θ ist der Winkelabstand zwischen
dem LEO- (erdnahe Umlaufbahn) und dem GPS-Satelliten.
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Die
weiter oben beschriebene Erfindung ist eine Anordnung zur Bereitstellung
einer Vorhersage des Dopplerverschiebungsabstands eines gesendeten
Signals in einem Radio-Okkultationssystem,
das, abgesehen von der Einrichtung zur Bereitstellung eines Steuersignals
an eine Frequenzsteuerungseinheit für die Signalerfassung, die
in der auf dem zweiten Satelliten 3 eingerichteten Empfangseinrichtung enthalten
ist, die Elemente der Vorrichtung zur Durchführung einer Verfolgung mit
offener Schleife wie in Anspruch 1 beansprucht, aufweist. Außerdem wird
die Erfindung in einem Verfahren verwendet, in dem die Verfolgung
mit offener Schleife gemäß dem weiter
oben dargelegten Modell durchgeführt
wird. Das heißt,
aus Informationen I(x,v) bezüglich
den Positionen eines ersten und zweiten Satelliten 2, 3 zusammen
mit Informationen bezüglich
des lokalen Radius der Erde wird ein parametrischer Wert Q(x,v,α(x)) berechnet,
der asymptotisch gegen eine Funktion F(x,v) konvergiert, die abhängig von
den Satellitenpositionen und Geschwindigkeiten und unabhängig von
Atmosphärenbedingungen
ist, wenn der Strahlweg die Atmosphäre verläßt, und asymptotisch gegen
einen festen Wert konvergiert, wenn der Strahlweg sich der Erdoberfläche nähert. In
einer bevorzugten Ausführungsform
erzielt der parametrische Wert diese Eigenschaft unter Verwendung
der Nennstrahl-Auftreffhöhe
als eine Funktion der Geradentangentialhöhe. Der parametrische Wert
wird in ein Ausgangssignal umgewandelt, das an eine Frequenzsteuerungseinheit
für die
Durchführung
der Signalerfassung gesendet wird. Die Verfolgung mit offener Schleife
folgt den folgenden Verfahrensschritten:
- – Sammeln
von Phaseninformation aus dem verfolgten Sendesignal;
- – Senden
von Informationen bezüglich
der gesammelten gesendeten Informationen;
- – Verfolgen
und Extrahieren der Trägerphase
aus den gesammelten gesendeten Informationen;
- – Empfangen
von Informationen bezüglich
der gesammelten gesendeten Informationen am Boden;
- – Durchführen von
Berechnungen, die atmosphärische
Bedingungen aus dem Empfangssignal bestimmen.
