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Geodätisches Observatorium Wettzell

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Aufgaben

Das geodätische Observatorium Wettzell wird im Rahmen der Forschungsgruppe Satellitengeodäsie vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und der Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie (FESG) der Technischen Universität München betrieben. Im Rahmen Internationaler Aktivitäten leistet das geodätische Observatorium Wettzell einen signifikanten Beitrag zur Realisierung und Laufendhaltung globaler Referenzsysteme. Hierzu gehört ein sich mit der Erde drehendes Bezugssystem zur Festlegung von Positionen auf der Erdoberfläche, das ITRF (International Terrestrial Reference Frame) und ein raumfestes, sich nicht mit der Erde drehendes Bezugssystem zur Festlegung von Positionen im Raum (z.B. Satellitenpostionen, Planeten, Sterne, Quasare, …), das ICRF (International Celestial Reference Frame). Beide Systeme verbindet die Rotation der Erde, die durch einen Satz Erdorientierungsparameter (EOP) beschrieben wird. Bedingt durch ständige Massenverlagerungen im System Erde, die laufend das Drehmoment der Erde verändern, müssen die EOP kontinuierlich beobachtet werden.

Referenzsysteme sind Grundlage für genaue Positionsbestimmungen, die für zahlreiche Aufgaben im Bereich der Forschung vor allem im Bereich der Geowissenschaften (Kontinentalverschiebung, Meeresspiegelschwankungen, …), in der Raumfahrt, aber auch in Bereichen des all täglichen Lebens (Vermessung, Navigation, …) mit hoher Genauigkeit unumgänglich sind.

In den Aufgabenbereich des Geodätischen Observatoriums Wettzell fallen neben dem Betrieb der messtechnischen Einrichtungen, insbesondere

einem Radioteleskop zur Bestimmung inter kontinentaler Basislinien (Abstände zwischen den Radioteleskopen) und deren zeitliche Veränderung,
einem Laserentfernungsmesssystem zur Messung der Entfernung zu künstlichen Erdsatelliten und zum Mond

auch der Betrieb eines „Transportablen Integrierten Geodätischen Observatoriums“ (TIGO) in Concepcion/Chile, die Beteiligung am Betrieb der Antarktisstation O’Higgins sowie eine Vielzahl weltweit permanent eingerichteter GPS-Empfänger. Neben der Weiterentwicklung der Raummessverfahren werden neue Messverfahren entwickelt, wie z.B.

ein lokaler Rotationssensor (Ringlaser „G“). Weitere Messsysteme liefern lokale Daten, die ergänzend zu den Raummessverfahren benötigt werden. Dazu gehören

ein supraleitendes Gravimeter zur Erfassung von Schwereänderungen,
eine meteorologische Station zur Erfassung der notwendigen Wetterparameter,
ein Zeit- und Frequenzsystem, bestehend aus einer Vielzahl von Atomuhren, das an der Generierung der Weltzeitskala UTC durch das BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) beteiligt ist
sowie ein Seismometer zur Registrierung von Erdbeben.

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Die Raummessverfahren

Das 20m Radioteleskop Wettzell (RTW) ist für Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Beobachtungen eingesetzt und liefert entscheidende Beiträge zur Realisierung und Laufendhaltung der globalen Referenzsysteme:

ICRF: Quasarpositionen und zeitliche Veränderung
ITRF: Stationskoordinaten und Bewegungsvektoren
EOP: Polkoordinaten (x_p, y_p), Drehgeschwindigkeit (UT1-UTC), Himmelspol (dψ, dε).

Technische Grunddaten des Radioteleskops sind:
20 m Durchmesser des Hauptspiegels,
S/X-Band Empfangssystem,
MK IV, MK V und K4 Aufzeichnungssysteme,
e-VLBI.

Das Wettzell Laser Ranging System (WLRS) erlaubt die Entfernungsmessung zu künstlichen Erdsatelliten und zum Mond, und liefert Beiträge für
ITRF: Ableitung von Stationskoordinaten, Bewegungsvektoren, Variationen des Geozentrums
Bahnbestimmung der Satelliten mit Reflektoren
EOP: Polkoordinaten (x_p, y_p)

Technische Grunddaten des WLRS sind:

75 cm Durchmesser des Sende-, Empfangsteleskops
Nd:YAG-Pulslaser (Leistung 150 mJ, infraroter und grüner Lichtpuls, 80 ps Impulslänge)
4 Photodetektoren (MCP, APD)
Piko-Sekunden genaues Laufzeitmeßsystem

Das neue Satellite Observing System Wettzell (SOS-W) für Satellitenlaserbeobachtungen befindet sich in der Entwicklung und soll ab 2009 in Betrieb gehen. Es soll vor allem zu schnellen niedrigfliegenden Satelliten messen. Wie das WLRS ist es ein Zweifarben-SLR-System mit 1000 Hz-Repetitionsrate (850nm, 425nm). Es gestattet einen weitgehend autonomen, fernsteuerbaren 24h-Betrieb (ganztägig Tag- und Nachtbetrieb) und lässt eine Messgenauigkeit von besser als 10mm (LAGEOS) erwarten.

In Wettzell wird ein GPS/GLONASS Operation Center für den Betrieb von etwa 45 weltweit permanent eingerichteter GPS/GLONASS Stationen unterhalten, deren Daten im 1- bzw. 24-Stundentakt abgerufen werden, um Beiträge zu liefern für

ITRF: Ableitung von Stationskoordinaten und Bewegungs vektoren, Verdichtung des ITRF um es auf nationaler Ebene vorzuhalten für Aufgaben z.B. der Landesvermessung
Bahnbestimmung der GPS-Satelliten,
Bestimmung von Atmosphären- und Ionosphärenparametern
EOP: Polkoordinaten (x_p, y_p)

Die Raummessverfahren leisten Beiträge zu:
Bahnbestimmung von Satelliten
ITRF: Stationskoordinaten und Bewegungsvektoren
EOP: Polkoordinaten (x_p, y_p)

Internationale Dienste der IAG (Internationale Assoziation für Geodäsie) und der IAU (Internationale Astronomische Union) koordinieren die internatio nalen Aktivi täten der einzelnen Raummessverfahren:

IVS: International VLBI Service for Geodesy and Astrometry
ILRS: International Laser Ranging Service
IGS: International GPS Service
IDS: International DORIS Service

IERS: International Earth Rota tion Service

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Der Ringlaser „G“

In den Bereich „Entwicklung neuer Messverfahren“ gehört der Betrieb eines lokalen Rotationssensors, der Ringlaser „G“. Er dient zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit der Erde unter Ausnutzung des Sagnac-Effekts. Das Ziel ist, insbesondere Schwankungen der Drehgeschwindigkeit während eines Tages festzustellen.

Seine technischen Grunddaten sind:

Größe: 16 m²,
Trägermaterial: Zerodur Glaskeramik wegen der geringen thermischen Ausdehnung
He-Ne Laser (Ringoszillator höchster Güte)
derzeitige relative Auflösung 10^–8der Erddrehung

Der Ringlaser ist in einem Tiefenlabor zur thermischen Stabilisierung und Abschirmung äußerer Störungen untergebracht. Zusätzlich integrierte Neigungsmesser werden zur Erfassung lokaler Einflüsse benötigt.

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Die geodätische Antarktisstation O’Higgins

Auf der Nordspitze der Antarktischen Halbinsel betreibt das BKG gemeinsam mit der DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) die Antarktisstation O’Higgins. Hauptsystem ist ein 9m Radioteleskop für VLBI, das seit 1991 jährlich, jeweils im antarktischen Sommer und Herbst in Betrieb genommen wird und jeweils an 4–6 VLBI Kampagnen teilnimmt.

Die technischen Grunddaten sind:

3 Achsen (insbesondere um Zenithdurchgänge nachführen zu können)
S/X-Band–Empfänger
MK IV, Mk V Datenaufzeichnung

In Kollokation mit dem Radioteleskop werden dort zusätzlich
zwei GPS/ GLONASS- Empfänger
eine Pegelstation betrieben.

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TIGO – das Transportable Integrierte Geodätische Observatorium

TIGO liefert Beiträge zum IVS, ILRS und IGS und ist auf der Südhalbkugel in Concepcion/ Chile eingesetzt. Der Betrieb wird unter stützt durch

die Universidad de Concepcion (Konsortiumsführer)
die Universidad del Bio Bio
die Universidad Catolica de la Santisima Concepcion
dem Instituto Geografico Militar

Das TIGO VLBI-Modul führt Beobachtungen seit April 2002 aus. Die technischen Grunddaten sind:
6 m Offset Antenne
S/X-Band Empfänger
MK IV, MK V und S2 Datenaufzeichnungssysteme

Das TIGO SLR-Modul führt Beobachtungen seit April 2002 aus. Die technischen Grunddaten sind:
50 cm Teleskop (Typ: Galileo, gefaltet)
Titan-Saphire Impulslaser (Leistung 100 mJ, 80 ps Impulslänge, infrarot und blauer Lichtpuls)
3 single Photon Avalanche Photodetektoren
5 Picosekunden Eventtimer

Das TIGO Grund-Modul besteht aus
GPS/GLONASS-Permanentstationen,
einem Supraleitenden Gravimeter,
einem Zeit- und Frequenzsystem, integriert in den Dienst des BIPM zur UTC Bestimmung.
einem meteorologischen Datenerfassungssystem (Wasser dampfradiometer)
einem Breitband Seismometer
Stromgeneratoren und einer Solaranalage