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Kalman-Filter Based Hybridization of Classic and Cold Atom Interferometry Accelerometers for Future Satellite Gravity Missions

HosseiniArani, Alireza und Tennstedt, Benjamin und Schilling, Manuel und Knabe, Annike und Wu, Hu und Schön, Steffen und Müller, Jürgen (2022) Kalman-Filter Based Hybridization of Classic and Cold Atom Interferometry Accelerometers for Future Satellite Gravity Missions. In: Geodesy for a sustainable Earth. Springer, Berlin, Heidelberg. Scientific Assembly of the International Association of Geodesy, 2021-06-28 - 2021-07-02, Beijing, China (online). doi: 10.1007/1345_2022_172. ISSN 0939-9585.

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Offizielle URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/1345_2022_172

Kurzfassung

Proof-of-principle demonstrations have been made for cold atom interferometer (CAI) sensors. Using CAI-based accelerometers in the next generation of satellite gravimetry missions can provide long-term stability and precise measurements of the non-gravitational forces acting on the satellites. This would allow a better understanding of climate change processes and geophysical phenomena which require long-term monitoring of mass variations with sufficient spatial and temporal resolution. The proposed accuracy and long-term stability of CAI-based accelerometers appear promising, while there are some major drawbacks in the long dead times and the comparatively small dynamic range of the sensors. One interesting way to handle these limitations is to use a hybridization with a conventional navigation sensor. This study discusses one possible solution to employ measurements of a CAI accelerometer together with a conventional Inertial Measurement Unit (IMU) using a Kalman filter framework. A hybrid navigation solution of these two sensors for applications on ground has already been demonstrated in simulations. Here, we adapt this method to a space-based GRACE-like gravimetry mission. A simulation is performed, where the sensitivity of the CAI accelerometer is estimated based on state-of-the-art ground sensors and further published space scenarios. Our results show that the Kalman filter framework can be used to combine the measurements of conventional inertial measurement units with the CAI accelerometers measurements in a way to benefit from the high accuracy of the conventional IMU measurements in higher frequencies together with the high stability of CAI measurements in lower frequencies. We will discuss the challenges, potential solutions, and the possible performance limits of the proposed hybrid accelerometry scenario.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/189303/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Kalman-Filter Based Hybridization of Classic and Cold Atom Interferometry Accelerometers for Future Satellite Gravity Missions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
HosseiniArani, AlirezaInstitut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannoverhttps://orcid.org/0000-0002-5080-7094NICHT SPEZIFIZIERT
Tennstedt, BenjaminInstitut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannoverhttps://orcid.org/0000-0003-4362-0667NICHT SPEZIFIZIERT
Schilling, ManuelManuel.Schilling (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9677-0119NICHT SPEZIFIZIERT
Knabe, AnnikeInstitut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannoverhttps://orcid.org/0000-0002-6603-8648NICHT SPEZIFIZIERT
Wu, HuLUH, Leibniz University of Hannoverhttps://orcid.org/0000-0002-2585-5123NICHT SPEZIFIZIERT
Schön, SteffenInstitut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannoverhttps://orcid.org/0000-0002-5042-6742NICHT SPEZIFIZIERT
Müller, JürgenInstitut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannoverhttps://orcid.org/0000-0003-1247-9525NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:Geodesy for a sustainable Earth
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1007/1345_2022_172
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Freymueller, Jeffrey, T.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sánchez, LauraDGFI-TUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer, Berlin, Heidelberg
Name der Reihe:International Association of Geodesy Symposia
ISSN:0939-9585
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Atom interferometry, Hybrid accelerometer, Quantum sensor, Satellite gravimetry
Veranstaltungstitel:Scientific Assembly of the International Association of Geodesy
Veranstaltungsort:Beijing, China (online)
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:28 Juni 2021
Veranstaltungsende:2 Juli 2021
Veranstalter :International Association of Geodesy
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Inertial Sensing for Space Applications
Standort: Hannover
Institute & Einrichtungen:Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik > Satellitengeodäsie und geodätische Modellierung
Hinterlegt von: Schilling, Manuel
Hinterlegt am:07 Nov 2022 11:19
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:50

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