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Geodätische Woche, 5.-7. Oktober 2010, Köln ITRF2008 – die neueste Realisierung des International Terrestrial Reference System D. Angermann, M. Seitz,

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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 Produkte für die Erd- wissenschaften Geodynamik, Meteorologie, Globaler Wandel,... Konsistente Parameter- bestimmung Geokinematik Erdrotation Schwerefeld Z Geodätische Referenzsysteme X Geodätische Raumverfahren Einführung

3 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 Realisierung des ITRS: International Terrestrial Reference Frame (ITRF)

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 Stations- koordinaten und EOP von den Diensten (IGS, ILRS, IVS, IDS) Berechnung von Kombinationslösungen am DGFI und IGN Vergleich und Validierung der Ergebnisse

5 ITRF2008 Eingangsdaten VerfahrenService / TCDatenZeitraumBedingungen GPS IGS / NRCan wöchentliche Lösungen Minimum VLBIIVS / IGG 24 h Session- NGL Keine SLRILRS / ASI wöchentliche Lösungen Loose DORIS IDS / CLS - CNES- GSFC wöchentliche Lösungen Minimum Zeitreihen von Stationskoordinaten und Erdrotationsparametern

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

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

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

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

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

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

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

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

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

15 verfahrensübergreifende Kombination (2/2) a priori 3-D Differenzen zwischen den local ties und den intra- technischen 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. ResiduenDORISGPSSLRVLBI Positionen [mm] Geschwindigkeiten [mm/Jahr] R.M.S. Residuen für Stationspositionen und Geschwindigkeiten nach einer 14 Parameter Helmert-Transformation zwischen dem ITRF2008 (IGN) und dem ITRF2008D (DGFI) 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) Beobachtungs -dauer [Jahren] Δ Geschwindig- keit [mm/yr] ± ± ± ± 0.5 Δ Geschwindigkeiten bzgl. linearem Modell 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 Beobachtungs- verfahren (einschl. Ko-lokation auf Satellitenebene) Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harmonischen Koeffizienten des Erdschwerefeldes


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