Referenzpunktbestimmung und Local Tie Vermessung an Multitechnik-Stationen

Erfordernis von Local Tie Vektoren

GNSS-Antenne und VLBI-Radioteleskop am Geodätischen Observatorium Wettzell — GNSS-Antenne und 20 m VLBI-Radioteleskop am Geodätischen Observatorium Wettzell

Die Realisierung eines erdfesten Referenzrahmens wie den International Terrestrial Reference Frame (ITRF) und das Ableiten von Erdorientierungsparametern (EOP) erfolgt durch Kombination von Beobachtungen verschiedener geodätischer Raumtechniken wie bspw. Very Long Baseline Interferometry (VLBI), Satellite Laser Ranging (SLR), Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS) oder Global Navigation Satellite System (GNSS). Da die Sensitivität der Raumverfahren bzgl. der Erdorientierungsparameter unterschiedlich ist und hieraus nur eine schwache physische Verbindungen zwischen den Raumverfahren resultiert, ist eine Kombination auf Basis dieser Parameter nicht sinnvoll möglich. Zusätzliche Verknüpfungsinformationen werden daher aus präzisen terrestrischen Messungen an sogenannten Multitechnik-Stationen (Co-Location) 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

Referenzpunktbestimmung am SLR-Laserteleskop SOS-W mittles Lasertracker AT401 in Wettzell — Automatisierte Bestimmung des ILRS-Referenzpunktes mit einem hochpräzisen mobilen Lasertracker AT401 am SLR-Teleskop (SOS-W) in Wettzell

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

Das Labor für Industrielle Messtechnik beteiligt sich im Rahmen der gemeinsamen IAG/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 innovative mathematische Modelle, die eine Echtzeitauswertung ermöglichen, und führt zum anderen Messkampagnen an GGOS Core Sites durch, um die praktische Anwendung zu evaluieren. Die Ausführung erfolgt dabei in enger Kooperation mit dem Geodätischen Observatorium Wettzell (Deutschland) und dem Onsala Space Observatory (Schweden).

Bestimmung des IVS-Referenzpunktes am TWIN-Teleskop Wettzell mit Totalstationen — Bestimmung des IVS-Referenzpunktes am 13 m TWIN-Radioteleskop Wettzell (TTW) mit dem Monitoringsystem HEIMDALL und zwei automatisierten Totalstationen

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 bzw. ILRS-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. HEIMDALL wird seit 2013 am Geodätischen Observatorium Wettzell für die routinemäßige Referenzpunktbestimmung der TWIN-Radioteleskope eingesetzt.

Publikationen

Guillory, J., Truong, D., Wallerand, J.-P., Lösler, M., Eschelbach, C., Mähler, S., Klügel, T.: Determination of the reference point of a radio telescope using a multilateration-based coordinate measurement prototype. Precision Engineering, 83, S. 69-81, 2023. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2023.05.007

Lösler, M., Eschelbach, C., Mähler, S., Guillory, J., Truong, D., Wallerand, J.-P.: Operator-Software Impact in Local Tie Networks: Case study at Geodetic Observatory Wettzell. Applied Geomatics, 15, S. 77-95, 2023. DOI: 10.1007/s12518-022-00477-5

Lösler, M., Eschelbach, C., Klügel, T.: Close Range Photogrammetry for High-Precision Reference Point Determination: A Proof of Concept at Satellite Observing System Wettzell. In: Freymueller, J. T., Sánchez, L. (Hrsg.): Geodesy for a Sustainable Earth, Scientific Assembly of the International Association of Geodesy (IAG), Vol. 154, Springer, Berlin, S. 57-65, 2022. DOI: 10.1007/1345_2022_141

Lösler, M., Eschelbach, C., Klügel, T., Riepl, S.: ILRS Reference Point Determination using Close Range Photogrammetry. Applied Sciences, 11(6), 2785, 2021. DOI: 10.3390/app11062785

Lösler, M., Eschelbach, C., Riepl, S., Schüler, T.: A Modified Approach for Process-Integrated Reference Point Determination. In: Haas, R., García-Espada, S., Lopez Fernández, J. A.: Proceedings of the 24th European VLBI for Geodesy and Astrometry (EVGA) Working Meeting, 17.-19. März 2019, Las Palmas de Gran Canaria, Spanien, S. 172-176, 2019. ISBN: 978-84-416-5634-5

Lösler, M., Eschelbach, C., Riepl, S., Schüler, T.: Zur Bestimmung des ILRS-Referenzpunktes am Satellite Observing System Wettzell. In: Luhmann, T., Schumacher, C. (Hrsg.): Photogrammetrie - Laserscanning - Optische 3D-Messtechnik: Beiträge der 18. Oldenburger 3D-Tage 2019, Wichmann, S. 162-175, 2019. ISBN: 978-3-87907-660-4

Lösler, M., Eschelbach, C., Riepl, S.: A modified approach for automated reference point determination of SLR and VLBI telescopes. tm - Technisches Messen, 85(10), S. 616-626, 2018. DOI: 10.1515/teme-2018-0053

Mähler, S., Klügel, T., Lösler, M., Schüler, T.: Permanentes Referenzpunkt-Monitoring der Radioteleskope am Geodätischen Observatorium Wettzell. avn - Zeitschrift für alle Bereiche der Geodäsie und Geoinformation, 125(7), S. 210-219, 2018.

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, 90(5), S. 467-486, 2016. DOI: 10.1007/s00190-016-0887-8

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, 87(8), S. 791-804, 2013. DOI: 10.1007/s00190-013-0647-y

Lösler, M.: New Mathematical Model for Reference Point Determination of an Azimuth-Elevation Type Radio Telescope. Journal of Surveying Engineering, 135(4), S. 131-135, 2009. DOI: 10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000010

Lösler, M.: Reference point determination with a new mathematical model at the 20 m VLBI radio telescope in Wettzell. Journal of Applied Geodesy, 2(4), S. 233-238, 2008. DOI: 10.1515/JAG.2008.026

Haas, R., Eschelbach, C.: The 2002 Local Tie Survey at the Onsala Space Observatory. Proceedings of the IERS Workshop on site co-location. Matera, Italy, 23 - 24 October 2003. In: Richter, B., Schwegmann, W., Dick, W.R. (Hrsg.): IERS Technical Note, 33, Frankfurt am Main, Verlag des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie, S. 55-63, 2005.

Eschelbach, C., Haas, R.: The IVS-Reference Point at Onsala - High End Solution for a Real 3D-Determination. In: Schwegmann, W., Thorandt, V. (Hrsg.): Proceedings of the 16th Working Meeting on European VLBI for Geodesy and Astrometry, 9.-10. Mai 2003, Leipzig, Deutschland, Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Leipzig/Frankfurt am Main, S. 109-118, 2003.