Rauschanalyse von Gravity-Daten der Mars-Express Mission

Diplomarbeit aus dem Jahr 2009 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik Note: 18 Universität der Bundeswehr München Neubiberg (Raumfahrttechnik) Sprache: Deutsch Abstract: Bei den Vorbeiflügen am Mars und seinen Monden mit Mars-Express werden Schwerefeldmessungen durchgeführt die zur Ermittlung der Masse von Phobos beitragen sollen. An der Bodenstation entsteht beim Empfänger thermisches Rauschen das durch elektrische Schaltungen verursacht wird. Dieses unerwünschte Störsignal überlagert sich mit dem ankommendem Signal sodass die Information aus dem Rauschen gewonnen werden muss. Als Maß für die Qualität des Signals gilt das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR Signal-to-Noise-Ratio). Es ist definiert als Verhältnis zwischen der Signalleistung und der Rauschleistung. Je höher der Wert des SNR ist desto geringer ist der Einfluss des Rauschens auf die Messung. Zur Verbesserung des Signal- zu Rauschverhältnis wurde zunächst auf die Filtertheorie zurückgegriffen. In der Verarbeitung von analogen Signalen bestehen Filter aus passiven sowie auch aus aktiven Bauteilen. Wenn die Bandbreitenbelegung des Eingangssignals begrenzt ist reduzieren Filter das Rauschen ohne das Signal zu beeinträchtigen. In der Digitalverarbeitung ist es möglich denselben Effekt durch Berechnungen zu erreichen. Diese Technik ist bekannt als ‚‚Numerical Filtering''. Die Verbesserung des Signal- zu Rauschverhältnis mit verschiedenen numerischen Filterverfahren wurde untersucht und geeignete Filter wurden bestimmt. Dies führte dazu dass der Fehler bei der Massenbestimmung von Phobos um den Faktor 2-3 reduziert werden konnte. Um die Genauigkeit der Ergebnisse zu erhöhen werden in dieser Arbeit die Residuen weiter untersucht um inhärente Eigenschaften zu identifizieren die eine noch wirkungsvollere Verarbeitung ermöglichen. Ziel der Analyse ist es nützliche Information die eventuell noch im Residuum enthalten ist aus dem Hintergrundrauschen zu gewinnen. Dies führ