Delay-Doppler-Map (DDM)-basierte Schätzung von altimetrischen GNSS-R Meeresoberflächenhöhen aus CYGNSS-Konstellationen
NASA CYGNSS Science Team Projekt
Förderung durch: National Aeronautics and Space Administration (NASA), USA
Projektkoordinator: Ohio State University (OSU), USA
Förderzeitraum: 2018-2020
Das Hauptziel des Cyclone Satellitennavigationssytems (CYGNSS) besteht darin, Windfelder während der Entwicklung tropischer Wirbelstürme mit verbesserter zeitlicher und räumlicher Auflösung zu bestimmen und die Windgeschwindigkeit in den Augen von Wirbelstürmen wetterunabhängig zu messen, um deren Verständnis zu verbessern und damit zur Verbesserung deren Vorhersage beizutragen. Das vorliegende Projekt des CYGNSS Science Teams konzentriert sich auf den CYGNSS Forschungsbereich für Physikalische Ozeanographie mittels Altimetrie.
Wir untersuchen die folgenden wissenschaftlichen Ziele, einschließlich einer Machbarkeitsstudie zur Verwendung von CYGNSS GNSS-R-Höhenmessungen für ozeanographische Studien:
- Wir werden, basierend auf CYGNSS Level 1 DDM-Datenprodukten, GNSS-R-Altimetrie Algorithmen untersuchen und entwickeln, einschließlich des DDM Maximum Likelihood Schätzers, der Leading-Edge-Methode und des neuartigen Multi-Doppler Waveform Retracking. Aus den CYGNSS-Daten generieren wir damit geophysikalische Altimetriedatensätze.
- Wir werden Methoden zur Anwendung präziser Bahnbestimmungstechniken für die 8 CYGNSS Satelliten untersuchen und entwickeln, wobei wir die Level 1 Zenith-Code-Phasendaten (mit nur 4 GPS Satelliten) verwenden. Die Daten werden zunächst in herkömmliche C/A Messungen umgewandelt und die Ionosphäre wird mit GNSS-Ionosphärenkarten korrigiert, was letztlich zu verbesserten Satellitenbahnen führt.
- Wir werden Algorithmen für die CYGNSS GNSS-R Ozeanaltimetrie entwickeln, wobei auch die Unsicherheiten und das Fehlerbudget der Ergebnisse abgeschätzt wird, z.B. durch die Ionosphärenkorrektur, durch geophysikalischer Korrekturen (Erd-, Ozean-, und Polgezeiten, Änderungen der Atmosphäre, elektromagnetische Biases im L-Band), Korrekturen der Atmosphäre (trockene und feuchte Troposphäre, ein- oder mehrschichtige regionale oder globale Ionosphärenmodellierung) und Korrektur der mittleren Meeresoberflächen sowie deren Gradienten.
- Wir werden die DDM Schätzalgorithmen untersuchen, indem wir die verfügbaren CYGNSS Rohdaten verwenden, die während Orkanstürmen mit beiden Antennen erfasst wurden. Damit kann eine vollständigere Rekonstruktion der DDM mit einer potenziell höheren Auflösung erstellt werden, die der Partner OSU dann in ihrem Ende-zu-Ende-Simulator sowie der Parner IEEC/ICE in ihrem wavpy-Softwaresystem einsetzen kann, um verbesserte Höhen- und Gradientenmessungen der Meeresoberfläche während Stürmen zu generieren.
- Wir werden die Methoden für die großflächige Messung von Meeresoberflächenhöhe und -gradienten generieren und validieren, indem wir verfügbare Altimetriedaten aus anderen Satellitenradarmissionen während der Entwicklung von Zyklonen sowie die Ergebnisse von Zyklonmodellen verwenden.
