Satellitentriangulation

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Die Satellientriangulation ist ein Verfahren der Satellitengeodäsie, das zur Einmessung von Bodenstationen mittels gleichzeitig fotografierter Satellitenpositionen dient. Es können Erdsatelliten mit Bahnhöhen zwischen 500 und 5.000 km verwendet werden, wobei sie nur als Hochziele dienen; ihre Bahnen selbst bleiben außer Betracht.

Das Verfahren wurde unter dem Namen „Stellartriangulation“ bereits in den 1950er-Jahren - also schon vor dem Beginn der Raumfahrt – vom finnischen Geodäten Väisälä entwickelt und mittels hochfliegender Ballonsonden erfolgreich erprobt. Väisälä konnte damit die Verbindungslinie Helsinki-Turku (die wegen 150 km Länge für Messungen auf der Erdoberfläche viel zu lange ist, mit einer Richtungsgenauigkeit von unter 1" bestimmen. Damals war dies etwa 2× besser als die an sich hervorragende Triangulationsnetz von Finnland und ermöglichte außerdem durch die neuartige Methodik eine völlig unabhängige Kontrolle der Landesvermessung.

Diese Methodik stützt sich auf die Nutzung des Sternhimmels als Referenzfläche. Die Flugkörper (ab 1959 auch Erdsatelliten) werden gleichzeitig von zwei Satellitenstationen fotografisch eingemessen, indem ihre am Himmel gezogene Spur in Punkte "zerhackt" und vor dem Sternhintergrund abgebildet wird.

Nach der Ausmessung der Fotoplatten mit Hilfe astrometrischer Auswertegeräte (oder alternativ: mittels Fotogrammetrie) werden die „Beobachtungsvektoren“ jedes Spurpunktes zur Definition einer Ebene verwendet, die von allem Anfang an im Koordinatensystem der Sterne fewstgelegt, also absolut orientiert ist. Diese Tatsache ist einer der zwei Errungenschaften der Methode.

Die zusammengefassten Ebenen beider Bodenstationen werden dann abermals zum Schnitt gebracht, was den genauen Verbindungsvektor zwischen den Satellitenkameras ergibt. Durch die absolute Orientierung ist als Ergebnis frei von der Lotabweichung, welche die terrestrische Vermessung zwischen Kontinenten bis 1960 auf Genauigkeiten von etwa 100 Meter berschränkt hat.

Nach dem Prinzip der Stellartriangulation wurden in den 1960er und 1970er-Jahren weltweit mehrere interkontinentale Vermessungsnetze beobachtet, was bis dato wegen der Erdkrümmung technisch undurchführbar war. Eines dieser Netze (Projekt des SAO in Massachusetts) konnte erstmals interkontinentale Messstrecken mit Genauigkeiten von einigen Metern realisieren, was die bisherigen Daten um den Faktor 10–20 übertraf. Eine ähnliche Güte hatte das sehr dichte Westeuropa-Netz WEST.

In den Jahren bis 1974 wurde das "Weltnetz der Satellitentriangulation" gemessen, woran sich einige Dutzend internationale Beobachtungsteams beteiligten. Als Messkameras wurden Ballistische Kameras vom Typ BC-4 der schweizerischen Firma Wild Heerbrugg (heute Leica) verwendet, allerdings jene mit längerer Brennweite von etwa 45 cm. Die Genauigkeit der insgesamt 46 Bodenstationen (durchschnittliche Distanz 3.000 bis 5.000 km) betrug ± 5 m nach Kombination mit einem Doppler-Satellitennetz ± 3 m. Dieser global fast einheitliche Genauigkeitsstatus konnte erst mit der Entwicklung des GPS (praktisch einsetzbar ab etwa 1990) in den Dezimeter-Bereich *) gesteigert werden. Die Forschungen verschiedenen Geodäten zur kombinierten Ausgleichung der Satellitentriangulation mit Doppler- und terrestrischen Vermessungsnetzen (z. B. Helmut Wolf 1980–1989) verbesserte die Landesvermessung weiter und kommt bis heute der modernen Satellitenortung zugute.

*) Heute haben die internationalen Referenzstationen des ITRF bereits cm-Genauigkeit.

Die Methode der Stellar- bzw. Satellitentriangulation sticht methodisch durch ihre Einfachheit hervor, hat aber neben ihren zwei wesentlichen Vorteilen (absolute Orientierung im Sternsystem, kontinent-überspannende Reichweite) aber einen praktischen Nachteil: sie erfordert die gleichzeitige Sichtbarkeit von Satelliten auf mindestens zwei (möglichst 3–4) weit entfernten Bodenstationen bzw. Sternwarten. Dass dies im "Weltnetz" etwa 1.000 mal gelungen ist, war die bis 1974 größte gemeinsame Aktion der „geodetic Community“. Heute sorgen spezielle, permanente Gruppen von Wissenschaftern und internationale Dienste der IUGG und IAG für ähnliche periodische Messkampagnen, die allerdings wegen der nun verwendeten [[Mikrowelle]n vom Problem des Wetters und der Bewölkung befreit simd.

Literatur

A.Berroth, Walter Hofmann: Kosmische Geodäsie (356 S., speziell Kapitel 1, 5, 13–15), Verlag G.Braun, Karlsruhe 1960
DGK 1963–1990: Berichte über die Vollsitzung der Deutschen Geodätischen Kommission. Institut für Theoretische Geodäsie der Univ.Bonn, DGFI-Verlag München
H. Deker, Die Anwendung der Photogrammetrie in der Satellitengeodäsie. DGK Heft , München 1967
G. Hayes (SAO): Trackers of the Sky, Cambridge, Mass. ca. 1975
G.Gerstbach: Satellitengeodäsie. Skriptum zur gleichnamigen Vorlesung, TU Wien 1990
K.Ledersteger: Astronomische und Physikalische Geodäsie (Erdmessung), JEK Band V (870 S., speziell Kap. 2, 5 und 13), J.B.Metzler-Verlag, Stuttgart 1968.
Hellmut Schmid: Das Weltnetz der Satelitentriangulation. Wiss. Mitteilungen der ETH Zürich und (engl.) Journal of Geophysical Research, 1974.
Klaus Schnädelbach et al: Western European Satellite Triangulation Programme (WEST), 2nd Experimental Computation. Mitteilungen Geodät.Inst. Graz, Band 11/1, Graz 1972
Die Geschichte der geodätischen VLBI in Deutschland (Nothnagel-Schlüter-Seeger, Bonn 2000)