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Characterization of GOCE SSTI Antennas

Dieser Beitrag ist in der zfv 2/2006 erschienen.

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Zusammenfassung: 

Within the framework of the European GOCE mission, which is scheduled for launch in 2007 by the European Space Agency (ESA), a high accuracy Satellite-to-Satellite Tracking Instrument (SSTI) with two hemispherical-coverage receiving antennas will be used for real time navigation and precise orbit determination. The two GPS antennas are directly mounted on the edge of one of the metallic solar array wings of the spacecraft. Besides of antenna phase center variations (PCV), near field effects like multipath, diffraction and imaging induced by the close vicinity of the antenna can seriously affect the measurement performance of the SSTI. Therefore, several experiments with engineering models of the GPS antennas were performed using the Automated Absolute Field Calibration Technique developed by the Institut für Erdmessung (IfE) of the University of Hannover and Geo++ at Garbsen (Germany). In order to characterize the interactions with the spacecraft, the GPS antennas were first calibrated in stand-alone mode and finally also together with a representative cut-out of GOCE’s solar wing which was mounted beneath the antennas. The differences of both set-ups in terms of PCV as well as carrier to noise ratio (C/No) reveal the influence of the near field effects caused by the wing. Extensive electromagnetic simulations done at ESA’s European Space Research and Technology Centre (ESTEC) have confirmed the results. First tests on the final antenna flight-models show performance improvement.

Summary: 

Im Rahmen der Europäischen GOCE-Mission, deren Weltraumstart unter Leitung der European Space Agency (ESA) voraussichtlich im Jahr 2007 erfolgen soll, wird ein hochgenaues Satellite-to-Satellite Tracking Instrument (SSTI) mit zwei Empfangsantennen zur Echtzeitnavigation und präzisen Bahnbestimmung eingesetzt. Die beiden GPS-Antennen sind unmittelbar auf der metallischen Oberfläche eines der Solarzellenflügel des Satelliten angebracht. Somit sind neben Variationen des Antennenphasenzentrums (PCV) auch zusätzliche Nahfeldeinflüsse wie Mehrwegeeffekte, Diffraktion und Imaging zu erwarten, die die Datenqualität des SSTI erheblich verschlechtern können. Aus diesem Anlass wurden diverse Untersuchungen mit Hilfe des am Institut für Erdmessung der Universität Hannover und bei der Garbsener Firma Geo++ entwickelten Verfahrens der Automatisierten Absoluten Feldkalibrierung an »Engineering Modellen« der GPS-Antennen durchgeführt. Um die Auswirkungen der Nahfeldeffekte abschätzen zu können, wurden die GPS-Antennen zunächst für sich allein und anschließend zusammen mit einem repräsentativen Modell eines Flügels des GOCE Satelliten kalibriert, der an der Antennenunterseite montiert wurde. Die Differenzen aus beiden PCV-Datensätzen sowie aus den Signal/Rausch-Verhältnissen (C/No) zeigen den Einfluss der Nahfeldeffekte auf, die durch den Flügel hervorgerufen werden. Umfangreiche elektromagnetische Simulationen am European Space Research and Technology Centre (ESTEC) bestätigen die Ergebnisse. Erste Tests mit den endgültigen Flugmodellen der Antennen zeigen weitere Verbesserungen.

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