GNSS-Radiookkultation (GNSS-RO)

GNSS (Global Navigation Satellite System) Radio Occultation (GNSS-RO) ist eine Fernerkundungstechnik, die GNSS-Messungen von Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn nutzt. Das Wort „Okkultation” leitet sich vom lateinischen Wort „occultare” ab, was „verdecken” bedeutet. GNSS-RO ermöglicht ein langfristiges, globales Abdeckungsprofil der Erdatmosphäre und Ionosphäre mit hoher Genauigkeit (gemittelte Profile bis < 0,1 K) und Auflösung (~100 m in der unteren Troposphäre) bei allen Wetterbedingungen.

Da Messungen bei jedem Wetter durchgeführt werden können, eignet sich diese Technik ideal für Wettervorhersagen, das Verständnis atmosphärischer Prozesse, die Klimaüberwachung, das Monitoring des Weltraumwetters und die Ionosphärenforschung. Diese Messtechnik ist relativ neu und wurde erstmals 1995 vom US-amerikanischen GPS/MET-Instrument (GPS/Meteorology) an Bord des GeoEye-Satelliten OrbView-1 eingesetzt, um vertikale Profile der unteren und oberen Erdatmosphäre zu erstellen. GNSS-RO ist in seinen Datenprodukten einzigartig, da es unabhängige Höhen-, Druck- und Temperaturdaten mit globaler Abdeckung der Atmosphäre von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von 40 km liefert. Elektronendichteprofile werden von 60 km bis zur Höhe der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) gemessen.

GNSS-RO nutzt die ausgesendeten Funksignale von GNSS-Satelliten, die sich bereits in der Umlaufbahn befinden, und verwendet dabei Limbmessung-Techniken. GNSS-RO-Satelliten fangen diese Funksignale ab und messen die durch Moleküle und Elektronen in der Atmosphäre verursachte Brechung und Signalverzögerung. Sind die Positionen sowohl des sendenden als auch des empfangenden Satelliten bekannt, lässt sich daraus die atmosphärische Dichte ableiten. Refraktive Okkultationen treten auf, wenn Dichtegradienten in der Atmosphäre eine Brechung der Signale verursachen, wodurch gekrümmte Pfade durch die Atmosphäre entstehen. Die Stärke der Signalbeugung ändert sich in Abhängigkeit von der vertikalen Variation des atmosphärischen Brechungsindex. In der neutralen Atmosphäre hängt der Brechungsindex von Temperatur und Feuchtigkeit ab, während er in der Ionosphäre von der Elektronendichte abhängt. Daher ermöglichen diese Daten die Ermittlung von Profilen der Brechung, Temperatur, des Drucks, des Wasserdampfs und der Elektronendichte in der Ionosphäre.

GNSS-RO kann anhand von aufsteigenden oder absteigenden Satelliten demonstriert werden, die von einem satellitengestützten Empfänger beobachtet werden, wie in folgender Abbildung dargestellt. Absteigende Okkultationen treten auf, wenn die Atmosphäre von oben nach unten gescannt wird, und werden durch die umgekehrte Verarbeitung des Signals verfolgt. Aufsteigende Ereignisse treten auf, wenn die Atmosphäre von unten nach oben gescannt wird.

GNSS Radio Okkultationen bei auf- und absteigenden Satelliten Quelle: eoPortal

Weitere Informationen:

• GNSS-Radiookkultation GNSS-Radiookkultation (GFZ)
• GNSS-Radiookkultation GNSS radio occultation (GNSS-RO): Lecture 1 – Principles and NWP use (ECMWF)
• GNSS Radio Occultation GNSS radio occultation (eoPortal)