ITRF2008 die neueste Realisierung des International Terrestrial Reference System

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1 Geodätische Woche, Oktober 2010, Köln ITRF2008 die neueste Realisierung des International Terrestrial Reference System D. Angermann, M. Seitz, H. Drewes, M. Bloßfeld Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, München

2 Einführung Geodätische Raumverfahren Konsistente Parameterbestimmung Z Geokinematik Erdrotation Schwerefeld Produkte für die Erdwissenschaften Geodätische Referenzsysteme X Geodynamik, Meteorologie, Globaler Wandel,...

3 Realisierung des ITRS: International Terrestrial Reference Frame (ITRF) Das ITRS ist realisiert durch 3-D Koordinaten und Geschwindigkeiten der Beobachtungsstationen Geometrische Raumbeobachtungsverfahren: - Very Long Baseline Interferometry (VLBI) - Satellite Laser Ranging (SLR) - Global Positioning System (GPS) - Doppler Orbitography Integrated by Satellite (DORIS) ITRF-Lösungen resultieren aus einer Kombination der verschiedenen Beobachtungsverfahren

4 Überblick: ITRF-Realisierungen des IERS ITRF88 ITRF2000: Terrestrial Reference Frame Section, IGN Paris Kombination von Mehrjahreslösungen mit Stationskoordinaten und linearen Geschwindigkeiten. Geänderte IERS-Struktur (seit 2001) - ITRS Produktzentrum (IGN Paris) - ITRS Kombinationszentren (DGFI, IGN, NRCan) ITRF2005, ITRF2008: Bereitstellung von Epochenlösungen (SLR, GPS, DORIS wöchentlich, VLBI 24-h Sessionen) mit Stationskoordinaten und EOP von den Diensten (IGS, ILRS, IVS, IDS) Berechnung von Kombinationslösungen am DGFI und IGN Vergleich und Validierung der Ergebnisse

5 ITRF2008 Eingangsdaten Zeitreihen von Stationskoordinaten und Erdrotationsparametern Verfahren Service / TC Daten Zeitraum Bedingungen GPS IGS / NRCan wöchentliche Lösungen Minimum VLBI IVS / IGG 24 h Session- NGL Keine SLR ILRS / ASI wöchentliche Lösungen Loose DORIS IDS / CLS - CNES- GSFC wöchentliche Lösungen Minimum

6 ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n VLBI SLR GPS DORIS Accumulation of time series Multi-year s VLBI SLR GPS DORIS GPS

7 ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n Multi-year s VLBI VLBI SLR GPS Accumulation of time series SLR GPS DORIS DORIS GPS The accumulation comprises Analysis of station position time series Identification of discontinuities Introduction of station velocities Combination of epoch normal equations

8 ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n Multi-year s VLBI VLBI SLR GPS Accumulation of time series SLR GPS DORIS DORIS GPS The accumulation comprises Analysis of station position time series Identification of discontinuities Introduction of station velocities Combination of epoch normal equations Inter-technique combination Station positions, velocities and Earth Orientation Parameters

9 ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations () Epoch 1 VLBI SLR GPS DORIS Epoch 2 VLBI SLR GPS DORIS Epoch n Multi-year s VLBI VLBI SLR GPS Accumulation of time series SLR GPS Inter-technique combination Station positions, velocities and Earth Orientation Parameters DORIS DORIS GPS The accumulation comprises Analysis of station position time series Identification of discontinuities Introduction of station velocities Combination of epoch normal equations The inter-technique comb. comprises Estimation of weighting factors Selection of local tie vectors Combination of techn.-specific Realization of the geodetic datum

10 Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3) Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt) Nord [mm] Ost Höhe Hokkaido Erdbeben , Magn. 8.3 Kuril Isl. Erdbeben , Magn. 8.3

11 Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3) Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt) Nord [mm] Ost Höhe Hokkaido Erdbeben , Magn. 8.3 Kuril Isl. Erdbeben , Magn. 8.3

12 Zeitreihenanalyse und Akkumulation (2/3) Zeitreihe der GPS Station HOFN, Island Höhe [m] Antennen- und Empfängerwechsel Zeit [J2000.0] Technik # Stationen # Diskontinuitäten Verhältnis GPS % SLR % VLBI % DORIS %

13 Zeitreihenanalyse und Akkumulation (3/3) Zeitreihe der SLR Translationsparameter Jahr

14 verfahrensübergreifende Kombination (1/2) Verteilung der Ko-Lokationen

15 verfahrensübergreifende Kombination (2/2) a priori 3-D Differenzen zwischen den local ties und den intratechnischen Lösungen für 32 VLBI GPS Ko-Lokationsstationen Station Wettzell

16 ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten der DGFI-Lösung

17 Vergleich der ITRF2008 Lösungen: IGN - DGFI R.M.S. Residuen für Stationspositionen und Geschwindigkeiten nach einer 14 Parameter Helmert-Transformation zwischen dem ITRF2008 (IGN) und dem ITRF2008D (DGFI) R.M.S. Residuen DORIS GPS SLR VLBI Positionen [mm] Geschwindigkeiten [mm/jahr] Die Transformationsparameter sind relativ klein (wenige Millimeter bis maximal 5 mm)

18 Zusammenfassung zum ITRF2008 Der ITRF2008 ist die genaueste Realisierung des terrestrischen Referenzsystems; er ist seit Juni 2010 verfügbar (ITRF2008D: und ITRF2008: Der ITRF2008 enthält die Positionskoordinaten (Epoche: ) und konstante Geschwindigkeiten für ca. 900 Stationen. Die hohe Genauigkeit des ITRF2008 wurde durch einen Vergleich der beiden Lösungen vom IGN und DGFI nachgewiesen. Der ITRF2008 liefert damit eine wichtige Grundlage für die präzise Punktpositionierung und die Erforschung des Systems Erde. Um auch kleinste Signale und Folgen des globalen Wandels zuverlässig erfassen zu können (z.b. Meeresspiegelanstieg),sind weitere Genauigkeitssteigerungen erforderlich, die methodische Weiterentwicklungen erfordern.

19 Nicht-lineare Stationsbewegungen Effekte saisonaler Variationen auf den TRF GPS Station Irkutsk (Sibirien) Δ Geschwindigkeiten bzgl. linearem Modell Beobachtungs -dauer [Jahren] Δ Geschwindigkeit [mm/yr] ± ± ± ± 0.5 Wenn saisonale Variationen vernachlässigt werden, entstehen Fehler in den geschätzten Geschwindigkeiten (z.b. Δt < 2.5 Jahre) systematische Effekte in der kombinierten Lösung Verzerrungen beim Angleichen von Epochenlösungen und regionalen Netzwerken

20 Ausblick und Forschungsziele Wichtige Forschungsziele sind u.a.: Berücksichtigung nicht-linearer Stationsbewegungen (u.a. saisonale Signale) bei der TRF-Berechnung Weiterentwicklung der Kombinationsstrategien, schnellere Verfügbarkeit des TRF (z.b. zusätzliche Epochenlösungen) Verbesserung der Methoden zur Verknüpfung der Beobachtungsverfahren (einschl. Ko-lokation auf Satellitenebene) Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harmonischen Koeffizienten des Erdschwerefeldes