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Prof. Dr.-Ing. Cornelia Eschelbach
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Dipl.-Ing. (FH) Michael Lösler
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Frankfurt University of Applied Sciences — Fachbereich 1

Labor für Industrielle Messtechnik
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Nibelungenplatz 1
D-60318 Frankfurt am Main

Transferzentrum

Transferzentrum Angewandte Geodäsie im Steinbeis-Verbund
http://applied-geodesy.org

Local-Tie Vermessung an Fundamentalstationen

Local Tie Vermessung

Erfordernis von Local Tie Vektoren

Fundamentalstation Wettzell
Geodätisches Observatorium Wettzell

Die Realisierung eines erdfesten Referenzrahmens wie den International Terrestrial Reference Frame (ITRF) und das Ableiten von Erdrotationsparametern erfolgt durch Kombination von Beobachtungen verschiedener geodätischer Raumtechniken wie bspw. Very Long Baseline Interferometry (VLBI) oder Global Navigation Satellite System (GNSS). Da die Sensitivitäten der Raumverfahren bzgl. der Erdrotationsparameter unterschiedlich sind, ist eine reine Verknüpfung auf Basis dieser Parameter nicht möglich. Zusätzliche Verknüpfungsinformationen werden aus terrestrischen Messungen an so-genannten Co-Location Stationen gewonnen. Hierbei handelt es sich um Forschungseinrichtungen, an denen mindestens zwei Raumtechniken betrieben werden. Durch präzise messtechnische Erfassung der Referenzpunkte dieser geodätischen Raumverfahren lassen sich die relativen geometrischen Beziehungen (Local Ties) ableiten und mit den zugehörigen Varianz-Kovarianz-Matrizen bei der Kombination der Raumtechniken berücksichtigen.

Herausforderungen für die industrielle Messtechnik

Da sich Abweichungen in den lokalen Vermessungen in den globalen Resultaten fortpflanzen, werden sehr hohe Genauigkeitsanforderungen an die industrielle Messtechnik gestellt. Herausfordernd ist insbesondere die Bestimmung der Referenzpunkte von VLBI-Radioteleskopen. Da hier eine direkte, taktile Einmessung nicht möglich ist, ist der Bezugspunkt nur aus indirekten Beobachtungen ableitbar. Das Visionspapier VLBI2010 und das Global Geodetic Observing System (GGOS) fordern eine Referenzpunktgenauigkeit im Submillimeterbereich. Zum Nachweis der Stabilität der Raumtechniken werden automatisierte Aufnahmeverfahren und Analysestrategien angeregt, die eine kontinuierliche Bestimmung der Referenzpunkte ermöglichen. Um die Ausfallzeiten der Station durch die lokalen Vermessungen zu minimieren, sind echtzeitfähige Algorithmen zwingend.

Ergebnisse und Zielsetzung

IVS-Referenzpunktbestimmung
Skalli - Reference point determination module

Das Labor für Industrielle Messtechnik beteiligt sich im Rahmen der IERS Working-Group on Site Survey and Co-Location aktiv an den Forschungsarbeiten zur echtzeitfähigen Bestimmung von Referenzpunkten an VLBI-Radioteleskopen. Hierzu entwickelt das Labor zum einen mathematische Modelle, die eine Echtzeitauswertung ermöglichen, und führt zum anderen Messkampagnen an Co-Location Stationen durch, um die praktische Anwendung zu evaluieren. Die praktische Ausführung erfolgt dabei in enger Kooperation mit dem Geodätischen Observatorium Wettzell (Deutschland) und dem Onsala Space Observatory (Schweden).

Automatisierte Messung
Ansteuerung eines TS30 und eines TCA2003 via HEIMDALL

Da für die Referenzpunktbestimmung ein besonderes Messkonzept erforderlich ist, entwickelt das Labor für Industrielle Messtechnik das modular aufgebaute Monitoring-System HEIMDALL (High-End Interface for Monitoring and spatial Data Analysis using L2-Norm). Das in JAVA entwickelte System steuert externe Messsensoren wie bspw. Tachymeter oder Neigungssensoren über die serielle Schnittstelle an und verwaltet die erhobenen Daten zentral in einer Datenbank. Zur Auswertung und Datenanalyse stehen Ausgleichungsmodule für die geodätische Netzausgleichung und zur IVS-Referenzpunktbestimmung bereit. Epochal erhobene Daten lassen sich durch ein rekursives Kalman-Filter prozessieren, sodass alle verfügbaren Informationen in die Auswertung mit einfließen. Der entwickelte Prototype ist daher geeignet, die Anforderungen des GGOS zu erfüllen.

Publikationen

Lösler, M., Haas, R., Eschelbach, C.: Terrestrial monitoring of a radio telescope reference point using comprehensive uncertainty budgeting - Investigations during CONT14 at the Onsala Space Observatory. Journal of Geodesy, Vol. 90(5), S. 467-486, 2016.

Lösler, M., Haas, R., Eschelbach, C.: Automated and continual determination of radio telescope reference points with sub-mm accuracy: results from a campaign at the Onsala Space Observatory. Journal of Geodesy, Vol. 87(8), S. 791-804, 2013.

Lösler, M., Eschelbach, C., Schenk, A., Neidhardt, A.: Permanentüberwachung des 20m VLBI-Radioteleskops an der Fundamentalstation in Wettzell. Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformatik und Landmanagement (ZfV), Vol. 135(1), S. 40-48, 2010.

Lösler, M.: New Mathematical Model for Reference Point Determination of an Azimuth-Elevation Type Radio Telescope. Journal of Surveying Engineering, Vol. 135(4), S. 131-135, 2009.

Michael LöslerID: 6568