FGS Begutachtung, 24.- 25. Juni 2010, Bad Kötzting Stand und zukünftige Entwicklungen bei der Realisierung terrestrischer Referenzsysteme D. Angermann,

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1 FGS Begutachtung, 24.- 25. Juni 2010, Bad Kötzting Stand und zukünftige Entwicklungen bei der Realisierung terrestrischer Referenzsysteme D. Angermann, M. Bloßfeld, H. Drewes, M. Gerstl, R. Heinkelmann, R. Kelm, H. Müller, M. Seitz Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, München E-Mail: angermann@dgfi.badw.de

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

3 Stand bei der Realisierung terrestrischer Referenzsysteme Aktivitäten auf internationaler Ebene: -Geometrische Dienste der IAG: IGS, ILRS, IVS, IDS -International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) Nationale Projekte (D-A-CH): -GGOS-D Projekt: BKG, DGFI, GFZ, IGG Bonn (2005 – 2008) -DFG Forschergruppe Erdrotation und globale dynamische Prozesse, Laufzeit: 2006 – 2012 -DFG Forschergruppe Referenzsysteme (Vorantrag im April 2010 positiv begutachtet, Vollanträge in Bearbeitung)

4 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 der Diensten (IGS, ILRS, IVS, IDS) Berechnung von Kombinationslösungen am DGFI und IGN Vergleich und Validierung der Ergebnisse

5 ITRF2005 / ITRF2008 Kombinationsstrategie am DGFI 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 Intra-technique solutions

6 ITRF2008 Stationsgeschwindigkeiten der DGFI-Lösung

7 GGOS-D Projekt Stationshöhen-Zeitreihe von Wettzell (Tesmer et al., 2008) Definition und Implementierung einheitlicher Standards, Modelle und Parametrisierungen für eine konsistente Reprozessierung von VLBI, SLR und GPS-Beobachtungen. Berechnung des GGOS-D Referenzrahmens durch gemeinsame Ausgleichung von TRF, EOP und CRF. Erzeugung konsistenter Zeitreihen geodätischer Parameter

8 DFG Forschergruppe Erdrotation und globale dynamische Prozesse (FOR 584) Projekt P6: Integration of Earth rotation, geometry and gravity field using space geodetic observations. Kombination von Epochen-Normalgleichungen (VLBI, SLR, GPS) Berücksichtigung nicht-linearer Stationsbewegungen bei der Realisierung des terrestrischen Referenzsystems Konsistente Bestimmung von TRF, Erdrotation und Schwerefeld

9 DFG Forschergruppe Referenzsysteme Title: Space-time Reference Systems for Monitoring Global Change and for Precise Navigation Reference Document, Nothnagel et al., 2010, BKG, Frankfurt Vollanträge sollen bis zum 31.10.2010 eingereicht werden 3 FGS-Teilprojekte mit Schwerpunkt terrestrische Referenzsysteme: Consistent celestial and terrestrial reference frames (BKG, DGFI, IGG) Datum definition and dynamic satellite orbits (FESG, DGFI) Local ties on Earth and in Space (BKG, ETH)

10 Thematische Schwerpunkte Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Nicht-lineare Stationsbewegungen Kombinationsstrategien Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Festlegung des geodätischen Datums Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harm. Koeffizienten des Erdschwerefeldes

11 Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Stand IAG-Services: Reprozessierte SINEX-Lösungen (VLBI NGLs), keine einheitlichen Standards und Modelle, Lösungen mit Nebenbedingungen, Positionen und EOP als Parameter, verfahrens-interne Kombination. GGOS-D: Einheitliche Standards, Modelle und Parametrisierung für eine konsistente Prozessierung von VLBI, SLR und GPS-Daten, freie Normalgleichungen, verfahrens-interne Kombination bei SLR und VLBI. Forschungsziele Welche Reduktionsmodelle (z.B. atmosphärische Auflasten) sollen bei der Datenauswertung berücksichtigt werden? Berücksichtigung von Korrelationen bei der verfahrens-internen Kombin. Optimale (erweiterte) Parametrisierung für die TRF-Berechnung

12 Thematische Schwerpunkte Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Nicht-lineare Stationsbewegungen Kombinationsstrategien Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Festlegung des geodätischen Datums Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harm. Koeffizienten des Erdschwerefeldes

13 Nicht-lineare Stationsbewegungen Effekte Sprünge (u.a. Instrumentenwechsel, Erdbeben) Saisonale Variationen (u.a. Auflasteffekte) Postseismische Deformationen (u.a. Erdbeben Arequipa, Fairbanks) Andere nicht-lineare Stationsbewegungen (u.a. instrumentelle Effekte) Bsp: Saisonale Höhenvariationen der Station Irkutsk, Sibirien

14 Nicht-lineare Stationsbewegungen Stand: Sprünge und postseismische Effekte sind (weitgehend) berücksichtigt Saisonale Variationen sind im TRF unberücksichtigt und als Residuen sichtbar Lösungsansätze / Forschungsziele: Parametrisierung der saisonalen Variationen (z.B. harmon. Funktionen) TRF-Kombination auf Epochenebene Schätzung von Parametern in physikalischen Modellen Physikalische Modelle z.B. für die Reduktion von Auflasteffekten

15 Thematische Schwerpunkte Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Nicht-lineare Stationsbewegungen Kombinationsstrategien Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Festlegung des geodätischen Datums Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harm. Koeffizienten des Erdschwerefeldes

16 Kombinationsstrategien

17 Thematische Schwerpunkte Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Nicht-lineare Stationsbewegungen Kombinationsstrategien Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Festlegung des geodätischen Datums Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harm. Koeffizienten des Erdschwerefeldes

18 Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Wettzell Stand: Verknüpfung über Ko-lokationsstationen Einführen terrestrischer Verbindungsmessungen (local ties)

19 Verknüpfung der Beobachtungsverfahren 3-D Differenzen zwischen Raumverfahren und terrestr. Verbindungsmess. GPS – VLBI Ko-lokationen Zielsetzungen: Verbesserungen der Ko-lokationen auf der Erde Weiterentwicklung der Ko-lokation auf Satellitenebene

20 Thematische Schwerpunkte Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Nicht-lineare Stationsbewegungen Kombinationsstrategien Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Festlegung des geodätischen Datums Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harm. Koeffizienten des Erdschwerefeldes

21 Festlegung des geodätischen Datums Variation der Translationsparameter (z-Komp.) aus SLR (blau) und GPS (rot) Powerspektrum der GPS-Zeitreihe

22 Thematische Schwerpunkte Eingangsdaten zur TRF-Berechnung Nicht-lineare Stationsbewegungen Kombinationsstrategien Verknüpfung der Beobachtungsverfahren Festlegung des geodätischen Datums Konsistente Bestimmung von TRF, CRF, EOP und niederen harmon. Koeffizienten des Erdschwerefeldes

23 Stand DFG Forschergruppe Erdrotation: Konsistente Bestimmung von Erdrotation, TRF und Schwerefeld (in Arbeit) GGOS-D: Gemeinsame Schätzung von TRF, CRF und EOP (in Arbeit) RMS values of the differences to IERS 05 C04 x-Pol [mas] y-Pol [mas] UT1-UTC [ms] Δψsin(ε 0 ) [mas] Δε [mas] VLBI0.2450.2340.0190.1520.146 SLR0.2590.287--- GPS0.1020.100--- Combination0.0930.0990.0160.1300.129 Zielsetzungen Konsistente Standards, Modelle und Parametrisierung Strenge Gesamtausgleichung aller relevanten Parameter

24 Zusammenfassung der Forschungsziele Eingangsdaten: Beobachtungen / datumsfreie Normalgleichungen, einheitliche Standards, Modelle und Parametrisierung 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