Geodätische Woche, 5.-7. Oktober 2010, Köln ITRF2008 – die neueste Realisierung des International Terrestrial Reference System D. Angermann, M. Seitz, H. Drewes, M. Bloßfeld Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, München

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

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

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

ITRF2008 Eingangsdaten Zeitreihen von Stationskoordinaten und Erdrotationsparametern Verfahren Service / TC Daten Zeitraum Bedingungen GPS IGS / NRCan wöchentliche Lösungen 1997.0 - 2009.0 Minimum VLBI IVS / IGG 24 h Session-NGL 1980.0 - 2009.0 Keine SLR ILRS / ASI 1983.0 - 2009.0 Loose DORIS IDS / CLS - CNES-GSFC 1993.0 - 2009.0 5

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

ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations (NEQ) Epoch 1 VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ Epoch 2 VLBI NEQ SLR 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 Epoch n VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ Accumulation of time series Multi-year NEQ‘s VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ 7

ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations (NEQ) Epoch 1 VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ Epoch 2 VLBI NEQ SLR 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 Epoch n VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ Accumulation of time series Multi-year NEQ‘s VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ GPS NEQ Inter-technique combination Station positions, velocities and Earth Orientation Parameters 8

ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI Input: Datum-free normal equations (NEQ) Epoch 1 VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ Epoch 2 VLBI NEQ SLR 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 Epoch n VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ Accumulation of time series Multi-year NEQ‘s VLBI NEQ SLR NEQ GPS NEQ GPS NEQ DORIS NEQ GPS 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 Inter-technique combination Station positions, velocities and Earth Orientation Parameters 9

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3) Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt) Nord [mm] Ost Höhe Hokkaido Erdbeben 25.09.03, Magn. 8.3 Kuril Isl. Erdbeben 15.11.06, Magn. 8.3

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (1/3) Zeitreihe der GPS Station YSSK, Russland (Sakhalin Seismic Belt) Nord [mm] Ost Höhe Hokkaido Erdbeben 25.09.03, Magn. 8.3 Kuril Isl. Erdbeben 15.11.06, Magn. 8.3

Zeitreihenanalyse und Akkumulation (2/3) Zeitreihe der GPS Station HOFN, Island Antennen- und Empfängerwechsel 1998 2000 2002 2004 Höhe [m] Zeit [J2000.0] Technik # Stationen # Diskontinuitäten Verhältnis GPS 560 440 79% SLR 122 30 25% VLBI 104 22 21% DORIS 132 48 36%

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

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

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 15

ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten der DGFI-Lösung

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] 3.2 1.3 2.0 0.4 Geschwindigkeiten [mm/Jahr] 1.0 0.2 0.8 0.1 Die Transformationsparameter sind relativ klein (wenige Millimeter bis maximal 5 mm)

Zusammenfassung zum ITRF2008 Der ITRF2008 ist die genaueste Realisierung des terrestrischen Referenzsystems; er ist seit Juni 2010 verfügbar (ITRF2008D: http://www.dgfi.badw.de und ITRF2008: http://itrf.ign.fr). Der ITRF2008 enthält die Positionskoordinaten (Epoche: 2005.0) 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.

Nicht-lineare Stationsbewegungen Effekte saisonaler Variationen auf den TRF 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 GPS Station Irkutsk (Sibirien) 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 Beobachtungs-dauer [Jahren] Δ Geschwindig-keit [mm/yr] 0.5 -37.5 ± 3.2 1.0 -3.7 ± 2.3 2.0 2.7 ± 0.8 3.0 -0.3 ± 0.5

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