Simultane Realisierung des terrestrischen Referenzsystems (ITRS) und zälestischen Referenzsystems (ICRS)

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1 Simultane Realisierung des terrestrischen Referenzsystems (ITRS) und zälestischen Referenzsystems (ICRS) M. Seitz 1, P. Steigenberger 2, T. Artz 3, M. Bloßfeld 1, R. Heinkelmann 1, H. Müller 1, M. Gerstl 1 1 Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut 2 Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie, TU München 3 Institut für Geodäsie und Geoinformation, Universität Bonn Geodätische Woche 2012 Session: Geodätische Bezugssysteme

2 ITRS und ICRS Internationales Terrestrisches Referenzsystem ITRS Realisiert durch Positionen und Geschwindigkeiten global verteilter Beobachtungsstationen der geodätischen Raumbeobachtungsverfahren VLBI, SLR, GNSS und DORIS Internationaler Terrestrischer Referenzrahmen (ITRF) Internationales Zälestisches Referenzsystem ICRS Realisiert durch Positionen extragalaktischer Radioquellen, die mit VLBI beobachtet werden Internationaler Zälestischer Referenzrahmen (ICRF) 2

3 Geodätische Raumbeobachtungsverfahren Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Global Navigation Satellite Systems (GNSS) Satellite Laser Ranging (SLR) Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS) 3

4 Realisierung von ITRS und ICRS heute VLBI-NGL AC1 VLBI-NGL Comb [AC1, AC2,..] GNSS SLR DORIS Realisierung ICRS Realisierung ITRS ICRF ICRF VTRF ITRF 6

5 Realisierung von ITRS und ICRS heute VLBI-NGL AC1 Nicht konsistent: VLBI: AC1 vs. kombinierte NGL VLBI-NGL Comb [AC1, AC2,..] GNSS SLR DORIS Realisierung ICRS ICRF konsistent: In ITRS-Realisierung Quellen fixiert auf ICRS- Realisierung Realisierung ITRS ICRF Nicht konsistent: 1AC vs. Kombination AC und GNSS, SLR und DORIS; verschiedene TRFs VTRF Nicht konsistent: 1AC vs. Kombination AC und GNSS, SLR und DORIS (Netzgeometrie, Maßstab) ITRF 7

6 Simultane Realisierung von ITRS und ICRS VLBI-NGL Comb [AC1, AC2,..] GNSS SLR DORIS Realisierung ITRS und ICRS ICRF ITRF Beide Referenzrahmen werden in einer Ausgleichung berechnet. Datum: Ursprung: SLR Maßstab: VLBI+SLR Orientierung: ICRF: no-net-rotation ITRF: no-net-rotation für Positionen und Geschwindigkeiten Es werden nur die minimal notwendigen Bedingungen verwendet: Minimale Deformation der Netze 8

7 Motivation Was können wir aus einer simultanen Berechnung von ITRF und ICRF erwarten? Konsistenz zwischen allen Parametern Verbesserung der Genauigkeit der EOP (siehe auch IERS C04- Zeitreihe) und des TRF (siehe auch ITRF) Effekte auf den ICRF [Positionen und deren Standardabweichungen] durch Kombination der EOP Kombination der Stationskoordinaten Hypothese: Der ICRF profitiert (genauso wie ITRF und EOP) von einer Kombination der Verfahren. 9

8 Verwendete Daten Zeitreihen von VLBI-, GPS- und SLR-Normalgleichungen Konsistente Modelle und Parametrisierungen für alle drei Verfahren Zeitraum Auflösung Institut VLBI session-wise (24 h) combined: IGG+DGFI GPS daily GFZ SLR weekly DGFI Gemeinsame Parameter ( 45,000) Indirekte Parameter Stationskoord. Pol Quellenkoord. Nutation UT1- UTC Ursprung Maßstab VLBI x x x x x x GPS x x (x) (x) SLR x x (x) x x 10

9 CRF: Verteilung der Radioquellen Quellen nicht VCS VCS Total 2967 VCS 1657 (55.8 %) ICRF2 Total 3414 VCS 2197 (64.4 %) VCS-Sessions: regionale Sessions (VLBA-Netz) mit Stationen in Nordamerika und Hawaii. Sie dienen der Verdichtung des ICRF. 11

10 Verbesserung Standardabweichung der Radioquellen Declination w.r.t. VLBI-only Änderung bezüglich VLBI-Lösung nicht VCS VCS Standardabweichungen nehmen ab. Effekt am größten für Quellen, die nur in VCS- Sessions beobachtet wurden. Etwa 90% der Abnahme verursacht durch Kombination der Polkoordinaten. 12

11 EOP-Ergebnisse X-Komponente des terrestrischen Poles X-Pol w.r.t. IERS 08 C04 [mas] VLBI kombiniert Standardabweichung des X-Pols [mas] VLBI kombiniert 13

12 EOP-Ergebnisse X-Komponente des terrestrischen Poles X-Pol w.r.t. IERS 08 C04 [mas] VLBI only VLBI + SLR VLBI + SLR + GNSS Standardabweichung des X-Pols [mas] VLBI only VLBI + SLR VLBI kombiniert VLBI + SLR + GNSS 14 Standardabweichungen nehmen ab, besonders während der Satellitenära. Kontinuierliche Zeitreihen für alle EOP.

13 Effekt der EOP-Kombination auf den CRF (I) Deklination bezgl. VLBI [mas] Nicht VCS VCS-Quellen Rektaszension bezgl. VLBI [mas] Systematik von bis zu max. 0.5 mas für einige Quellen mit Deklination zwischen -40 und 30 VC-Quellen werden durch die Kombination stärker beeinflusst. 16

14 Effekt der EOP-Kombination auf den CRF (II) Rektaszension WRMS mas Markierte Quellen 40 < DE < 30 ΔRA cos(de) 0.1 mas 108 Quellen beobachtet in 21 Sessions / 18 VCS-Sessions (105 Quellen) EOP regionaler VLBI-Sessions und globaler GPS-Netze scheinen systematische Unterschiede aufzuweisen. Aber: Mittlerer Effekt auf den CRF ist klein. 17

15 Effekt der EOP-Kombination auf den CRF (III) Stufenweise Kombination der EOP Deklination bzgl. VLBI [mas] WRMS 6.7 μas 6.1 μas Rektaszension bzgl. VLBI [mas] 9.0 μas 5.5 μas Kombination von LOD hat einen größeren Einfluss auf die Rektaszension der Quellen als die Kombination von Pol und Nutation. 18

16 Schlussfolgerungen Eine simultane Schätzung von TRF und CRF ist möglich Effekte auf den CRF: Datumsquellen: WRMS mas (Spanne ± 0.05) Alle Quellen: WRMS mas (Spanne -1.0/1.5) Standardabweichungen nehmen durch Kombination ab (Komb. Pol ~90%) Systematische Effekte auf RA der VCS-Quellen (Kombination von LOD) Systematische Effekte auf Quellen mit DE<0 durch Kombination der Stationsnetze (sehr klein) Was wurde erreicht? Konsistente Lösung für TRF, CRF und EOP mit voller Var/Kovar-Matrix für alle Parameter Kontinuierliche EOP-Serien (Satellitenära) auch für UT1-UTC und Nutation Verbesserung der Standardabweichungen insbesondere für EOP und Quellenpositionen Verbesserung der VCS-Quellenpositionen? (Nachweis!) Deformation der Lösung is minimal, da nur Minimumsbedingungen verwendet werden. 23