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2025-10-14T05:33:45Z

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[[Datei:Delta Differential One-way Ranging DE.svg|mini|Delta-DOR: Abwechselnde Messung von Sonde und Quasar|alternativtext=]]Das '''Delta-DOR-Verfahren''' oder kurz '''Delta-DOR''' ({{enS|Delta Differential One-way Ranging}}), auch '''ΔDOR''' geschrieben, zur [[Interplanetare Navigation|interplanetaren Navigation]] basiert auf einer einfachen, aber effektiven Idee in zwei Schritten, bei der eine [[Triangulation (Messtechnik)|Triangulation]] und ein [[Systematische Abweichung|Messfehler]] ermittelt wird, mit dem die Triangulation korrigiert werden kann. Delta-DOR ist das derzeit präziseste Verfahren zur Positionsmessung. Präzise Daten sind insbesondere beim Einschwenken von Raumfahrzeugen in einen Orbit von Bedeutung, ebenso bei der Positionierung eines Landers oder eines Rovers. Bei Swing-By-Manövern spart die ideale Flugbahn wertvollen Treibstoff bei der anschließenden Bahnkorrektur.

== Triangulation ==
Zwei weit auseinander stehende Empfangsantennen oder [[Radioteleskop]]e mit bis in den Millimeterbereich bekannten Positionen verfolgen simultan eine [[Raumsonde]]. Die Stationen senden Signale, diese werden vom Raumfahrzeug empfangen und sofort wieder zurückgesendet. Ermittelt wird dabei die Zeitdifferenz zwischen dem Moment, an dem ein Signal gesendet wird, bis zu dem Moment, an dem das Signal an den zwei Stationen wieder ankommt. Im Prinzip entspricht dies der Differenz einer Zwei-Wege-[[Laufzeitmessung]], aus der eine Entfernung und eine Position trianguliert werden kann. Die [[Abstand|Entfernung]] zur Raumsonde wird ermittelt, indem man die Zeit misst, die ein Radiosignal zur Sonde und zurück zur Erde benötigt. Die [[Doppler-Effekt|Doppler-Verschiebung]] des Signals wiederum ergänzt diese Messung und ergibt zusätzlich die [[Radialgeschwindigkeit]] entlang der Sichtlinie.

Theoretisch hängt diese Differenz nur von den Positionen der beiden Antennen und des beobachteten Raumschiffs ab, jedoch gibt es etliche systematische und unsystematische Störeinflüsse auf die Messergebnisse.

* Die Radiowellen müssen durch die [[Ionosphäre]] und die [[Troposphäre]], wo ihre [[Lichtgeschwindigkeit|Geschwindigkeit]] durch freie Elektronen bzw. die [[Luftdichte]] verringert wird. Dieses bewirkt eine Beugung.
* Die [[Wellenfront]]en werden durch das Plasma des [[Sonnenwind]]es gestört
* Die Uhren der Basisstationen sind nicht genau [[Synchronisation|synchronisiert]]
* Die Länge der Basislinie ist nur in einer gewissen Toleranz bekannt. Durch exaktere Positionsbestimmung der Radioteleskope bis auf wenige Millimeter genau mittels [[Very Long Baseline Interferometry|VLBI]] und anderer Methoden kann diese systematische Störgröße minimalisiert werden.
Zur Steuerung der Raumsonde wird die echte Geschwindigkeit im Raum benötigt, die Laufzeitmessung alleine ist nicht präzise genug und enthält einen Messfehler.

== Ermittlung des Messfehlers ==
Der Unterschied zur korrekten Laufzeit lässt sich mittels ''Differential One-way Range'' (DOR) zum größten Teil berechnen. Dazu wird ein [[Quasar]] z. B. aus dem [[International Celestial Reference Frame|ICRF3]]-Katalog in Richtung der Raumsonde (innerhalb von 10° zur Sondenposition) zur Korrektur benutzt. Die Position des [[Radiolaut|radiolauten]] Quasars ist durch vorherige Messungen mittels [[VLBI]] mit einer Genauigkeit von weniger als 30 µas ([[Winkelsekunde|Mikrobogensekunden]]) sehr genau bekannt. Die Messung des Quasars unterliegt denselben Störungen wie die Messung der Sonde. Da die Position des Quasars schon vor der Messung bekannt ist, kann die Differenz zur Messung, das ''Delta'' = Δ, auf diese Weise ermittelt werden. Die vom Radiosignal des Quasars gemessene Zeitdifferenz (das ''Delta'') wird nun mit der Laufzeit des Signals von der Raumsonde verrechnet und ergibt so eine wesentlich genauere Position. Das Delta-DOR-Verfahren ist deshalb so genau, weil der Fehler bei der Messung der Position der Raumsonde durch den gleichartigen Fehler bei der Messung der Position des Quasars korrigiert werden kann.<ref>{{Literatur |Autor=esa |Titel=About delta DOR |Sammelwerk=European Space Agency |Datum= |Online=https://www.esa.int/Our_Activities/Operations/About_delta_DOR |Abruf=2017-12-03}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2007/04/Delta_DOR |titel=Delta DOR |abruf=2017-12-03 |sprache=en-GB}}</ref>

Die Sender der Sonde arbeiten in einem relativ schmalen Band, während Quasare Radiowellen über einen breiten Bereich des Spektrums abstrahlen. Die Ergebnisse lassen sich durch Einsatz von möglichst breiten Frequenzbändern oder mehreren Bändern verbessern. Quasare senden keine definierten Signale, sodass man von beiden Stationen einige Minuten aufnimmt und mit Computerprogrammen nach kleinen Störungen im Signal sucht, deren Laufzeitunterschiede ausgewertet werden können, eine Methode, die auch bei VLBI zur Laufzeitbestimmung angewandt wird. Die Zuverlässigkeit kann auch durch Messung mehrerer Quasare verbessert werden.

Im Normalfall werden mindestens drei Messungen in einem Messzyklus durchgeführt, entweder Quasar-Sonde-Quasar oder Sonde-Quasar-Sonde, es können aber auch längere Sequenzen von wechselnden Messungen stattfinden. Meistens werden drei Messzyklen in einem gewissen zeitlichen Abstand gemacht. Eine besonders zuverlässige Messung kann man erreichen, wenn gleichzeitig mittels weiterer Radioteleskope eine Messung mit einer ungefähr um 90° versetzten Basislinie durchgeführt wird.

Das Verfahren kam bei den NASA-Raumsonden [[Phoenix (Raumsonde)|Phoenix]] und den beiden [[Mars Exploration Rover]]s der USA, der chinesischen Mars-Rover-Mission [[Tianwen-1]] und bei den ESA-Sonden [[Venus Express]] sowie [[Rosetta (Sonde)|Rosetta]] zum Einsatz.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/esaCP/SEMB34L26DF_Germany_0.html |titel=Mars Express: Schützenhilfe bei Phoenix-Landung |hrsg=ESA |datum=2006-08-26 |abruf=2008-09-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Golombek, M. P. et al. |Titel=Delta Differential One-way Ranging |Sammelwerk=DSMS Telecommunications Link Design Handbook |Datum=2004-07-15 |Online={{Webarchiv |url=http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/210/210.pdf |text=Delta Differential One-way Ranging |wayback=20130218052305}} |Abruf=2008-09-28}} {{Webarchiv |url=http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/210/210.pdf |text=Delta Differential One-way Ranging |wayback=20130218052305 }}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Maddè Roberto, Morley Trevor, Abelló Ricard et al. |Titel=Delta-DOR A New Technique for ESA’s Deep Space Navigation |Sammelwerk=ESA Bulletin 2006 |Datum=2006-11 |Online=https://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin128/bul128i_madde.pdf |Abruf=2008-09-28}}</ref>

== Nachteile ==
Der Einsatz des Delta-DOR-Verfahrens hat auch einige Nachteile, die die Einsetzbarkeit des Verfahrens einschränken. In der Praxis werden Delta-DOR-Messungen auf die besonders kritischen Missionsphasen beschränkt und in den übrigen Zeiten durch die einfacheren und weniger genauen Laufzeit- und Dopplermessungen ersetzt.

* Für die Messung müssen immer zwei Antennen eingesetzt werden
* Die Messung ist komplexer als Messmethoden mit nur einer Antenne, insbesondere braucht man einen leistungsstarken Computer
* Die Messung kann nur in einem Bereich stattfinden, der von beiden Antennen gleichzeitig beobachtet werden kann
* Bei zwei vorgegebenen Antennen kann an jedem Tag nur zu einer bestimmten Zeit eine Messung erfolgen
* Eine Messung benötigt eine gewisse Zeit, hinzu kommen die Laufzeiten des Signals
* Während der Messungen können normalerweise keine Telemetriedaten vom Raumfahrzeug gesammelt werden

== ESA Delta-DOR ==
Die NASA verwendete das Delta-DOR-Verfahren schon längere Zeit. Die ESA ist erst seit der Errichtung der ersten beiden Deep-Space-Antennen in New Norcia (DSA 1) 2002 und [[Cebreros]] (DSA 2) 2005 technisch in der Lage für eigene Messungen. Zuvor war man auch bei reinen ESA-Missionen in kritischen Phasen auf die Unterstützung durch das [[Deep Space Network|DSN]] der NASA angewiesen. Die ESA legte die technologischen Grundlagen mit der [[SMART-1|Smart-1]] Mission und setzte das Verfahren zum ersten Mal bei [[Mars Express]] ein. Anschließend benutzte ESA dieses Verfahren eigenständig im Betrieb mit der [[Venus Express|Venus-Express]]-Mission und konnte dabei die eigenen Messungen mit denen des DSN vergleichen und die hohe Qualität der Ergebnisse verifizieren.<ref>{{Literatur |Autor=M. Mercolino, R. Maddè, L. Iess, M. Lanucara, P. Tortora, A. Ardito, G. Rapino |Hrsg=ESA |Titel=Results and future applications of the ESA Delta-DOR; 4th ESA International Workshop on Tracking, Telemetry and Command Systems for Space Applications; TTC 2007 11-14 September 2007 at ESOC, Darmstadt, Germany |Datum=}}</ref>

Die drei Deep-Space-Stationen der ESA sind auf der nördlichen und südlichen Erdhalbkugel verteilt. Die daraus resultierenden Basislinien schneiden sich in einem stumpfen Winkel, der in der Nähe des Optimums von 90° liegt.

== Delta-Dor im Austausch zwischen den Raumfahrtorganisationen gemäß CCSDS ==
Mit dem Einsatz von Delta-DOR bei der ESA bestand zum ersten Mal der Bedarf, sich über den Austausch von Daten Gedanken zu machen. ESA benutzt andere Empfänger als NASA, die eigene Datenformate liefern. ESA entwickelte eine Software, die den Austausch von Delta-DOR-Daten zwischen NASA, ESA und [[Japan Aerospace Exploration Agency|JAXA]] über eine definierte Schnittstelle zulässt.

Inzwischen kann auch das [[Chinesisches Deep-Space-Netzwerk|CDSN]] eigenständige Delta-DOR Messungen durchführen. Es gibt zunehmend Bedarf für Delta-DOR-Messungen zwischen Antennen verschiedener Weltraumagenturen im gegenseitigen Nutzen. Viele Missionen werden bereits von mehreren Agenturen gemeinsam betrieben. Es gibt eine Delta-DOR Working Group des [[Consultative Committee for Space Data Systems|CCSDS]], die bestimmte Standards festsetzt, z. B. Datenformate für den Austausch. Auf diese Weise ist das Delta-DOR-Verfahren zwischen Antennen von verschiedenen Netzwerken und Organisationen möglich.<ref>{{Literatur |Titel=Delta-DOR--Technical Characteristics and Performance; Green Book
CCSDS 500.1-G-2 |Hrsg=CCSDS |Datum=November 2019 |Online=https://public.ccsds.org/Pubs/500x1g2.pdf |Format=PDF |KBytes=}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Delta-Differential One Way Ranging (Delta-DOR) Operations; Magenta Book |Datum=2018 |Online=https://public.ccsds.org/Pubs/506x0m2.pdf}}</ref>

== Literatur ==

* {{Literatur |Autor=Francesco Barbaglio |Titel=Precise Angle and Range Measurements: Advanced Systems for Deep Space Missions |Datum=2012 |Sprache=en |Online=http://padis.uniroma1.it/bitstream/10805/1923/1/PHD_BARBAGLIO.pdf |Format=PDF |KBytes=}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Delta Dor Verfahren}}
[[Kategorie:Astrometrie]]
[[Kategorie:Satellitenbeobachtung]]

Delta-DOR-Verfahren - Versionsgeschichte

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