Geri Dön

Sub-daily parameter estimation in VLBI data analysis

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  1. Tez No: 400706
  2. Yazar: KAMİL TEKE
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HARALD SCHUH
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2011
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Technische Universität Wien
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Jeodezi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 273

Özet

Das Hauptziel der Arbeiten, die im Rahmen dieser Dissertation durchgef¨uhrt wurden, ist der Beitrag zum Projekt VLBI2010 des International Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Service for Geodesy and Astrometry (IVS) mittels Entwicklung eines Moduls zur Parameterbestimmung (vie lsm) in der Vienna VLBI Software (VieVS), das die pr¨azise Bestimmung der subt¨aglichen geod¨atischen Parameter aus VLBI (Very Long Baseline Interferometry) Beobachtungen erm¨oglicht. Das vie lsm Modul basiert auf der Methode der kleinsten Quadrate (Gauss- Markoff-Modell) f¨ur kontinuierliche st¨uckweise lineare Offset-Funktionen (continuous piecewise linear offsets, CPWLO), wobei die Offsets immer zu eindeutigen Epochen, d.h. ganzen Stunden oder ganzzahligen Teilen bzw. Vielfachen davon, bestimmt werden. Das Intervall f¨ur die CPWLO Parametermodellierung liegt ¨ublicherweise zwischen einem Tag und f¨unf Minuten. Fr Untersuchungen der subt¨aglichen Bewegungen der VLBI-Antennen aufgrund der Gezeiten w¨ahrend der CONT05 Kampagne des IVS wurden st¨undliche CPWLO Stationskoordinaten des terrestrischen Referenzrahmens (TRF) bestimmt. Obwohl alle Gezeitenverschiebungen aus neuesten geophysikalischen Modellen berechnet werden und aus den Beobachtungen vor dem Ausgleich reduziert werden, erreichen die radialen Amplituden der st¨undlichen Antennenkoordinaten bis zu 1 cm (Kokee Park, HartRAO, Gilcreek, Westford, Svetloe und Wettzell). F¨ur die Untersuchung der hochfrequenten (subt¨aglichen) Erdrotationparameter (HF-ERP) aus VieVS w¨ahrend der CONT08 Kampagne wurden st¨undliche CPWLO der Erdrotationsparameter (ERP) bestimmt. Fourierspektren dieser st¨undlichen VLBI- als auch GPS- (Global Positioning System) ERPs sind in guter ¨Ubereinstimmung mit HF-ERP-Modellen w¨ahrend der CONT08 Kampagne, vor allem bei prograden und retrograden Amplituden bei 12 Stunden f¨ur Tagesl¨ange (LOD) und Polbewegung. Bei 24 Stunden der prograden Polbewegung ist die Amplitude jedoch aus GPS-Messungen um 100 ?as gr¨oer als aus VLBI und um 160 ?as gr¨oer im Vergleich zu den ERP-Modellen. Auerdem haben die LOD- und Polbewegungsparameter mit VieVS einen h¨oheren Rausch-Level als jene aus GPS. Der Grund daf¨ur kann sein, dass keine relativen Coniii straints zwischen den CPWLO ERP in der VLBI-Analyse benutzt wurden. Die Bestimmung der st¨undlichen Quellenkoordinaten war als reine Teststudie gedacht. Solange die st¨undlichen CPWLO-Koordinaten von zwei Quellen bestimmt wurden und bei den anderen Quellen die a priori CRF-Koordinaten (Koordinaten des himmelsfesten Referenzrahmens) fixiert wurden, war die Parametrisierung der Erdorientierungsparameter (EOP) f¨ur die unbekannten Quellenkoordinaten nicht kritisch. Detailliertere Untersuchungen zu diesem Thema sollen jedoch in Zukunft durchgef¨uhrt werden. So kann viel aus Korrelationen zwischen st¨undlichen Quellenkoordinaten und der Beobachtungsgeometrie gelernt werden. Der zweite Ziel dieser Dissertation, der auch einen sehr guten Test der CPWLO der totalen troposph¨arischen Laufzeitverz¨ogerungen in Zenitrichtung (ZTD) und der Gradienten darstellt, ist der Beitrag zu Kombinationsstudien im Rahmen des ?Global Geodetic Observing System (GGOS)? der ?International Association of Geodesy (IAG)?. Dabei wurden die ZTD und Gradienten w¨ahrend der IVS-CONT08 Kampagne aus VieVS mit den Parametern an Kolokationsstationen aus GPS, DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite)- und Wasserdampfradiometer-Messungen verglichen. Auerdem wurden ZTD und Gradienten aus geod¨atischen Weltraumverfahren mit Ergebnissen des Ray-tracings durch verschiedene numerische Wettermodellen verglichen, wie des Europ¨aischen Zentrums fr Mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) (alle Stationen), der Japanischen Meteorologischen Agentur (JMA), des Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS) (Tsukuba in Japan) und des High Resolution Limited Area Model (HIRLAM) (Europ¨aische Stationen). Die beste ¨Ubereinstimmung von ZTD w¨ahrend der IVS-CONT08 Kampagne unter den geod¨atischen Weltraumverfahren wird zwischen der kombinierten IVS- und IGS (International GNSS Service)-L¨osung mit der mittleren Standardabweichung von 6 mm f¨ur alle Stationen gefunden, wobei die ¨Ubereinstimmung mit den numerischen Wettermodellen nur zwischen 6 mm und 20 mm liegt. Die Standardabweichungen sind ¨ublicherweise gr¨oer auf Stationen auf niedrigeren Breiten, was auf den h¨oheren Feuchtegehalt in der Atmosph¨are zur¨uckgef¨uhrt werden kann. Der Feuchtegehalt war auch der Grund f¨ur die h¨oheren Standardabweichungen der Stationen auf der Nordhalbkugel w¨ahrend der IVS-CONT08 Kampagne (August) im Vergleich zur IVS-CONT02 Kampagne, welche im Oktober 2002 durchgef¨uhrt wurde. Die Bewertung der troposph¨arischen Gradienten aus den verschiedenen Verfahren ist schwierig wegen den verschiedenen Zeitintervallen, den verschiedenen Bestimmungseigenschaften oder verschiedenen Beobachtungsgr¨oen. Die beste ¨Ubereinstimmung zwischen verschiedenen Verfahren wurde jedoch zwischen den IVS-kombinierten Gradienten und der GPS-L¨osung mit der Standardabweichung zwischen 0.2 mm und 0.7 mm gefunden. Wie bereiv its erw¨ahnt liefern alle Vergleiche und Validierungstests der troposph¨arischen Produkte w¨ahrend der IVS-CONT08 Kampagne, die in dieser Dissertation pr¨asentiert werden, wichtige Informationen f¨ur die geplante Kombination und Integration der verschiedenen Beobachtungsverfahren im Rahmen des GGOS der IAG.

Özet (Çeviri)

The main objective of the work carried out within the scope of this thesis is the contribution to the VLBI2010 project of the International Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Service for Geodesy and Astrometry (IVS) by means of developing a parameter estimation module (vie lsm) of Vienna VLBI Software (VieVS) which is capable of estimating accurate sub-daily VLBI geodetic parameters. The vie lsm module is based on the classical Gauss Markoff Least-Squares (LS) adjustment method by using continuous piece-wise linear offset (CPWLO) functions which are estimated at unique epochs, e.g. at integer hours, or at integer fractions or integer multiples of integer hours. The interval for CPWLO modelling of the parameters is usually set to values between one day to five minutes. To investigate the sub-daily tidal motions of the VLBI antennas during IVS-CONT05, hourly CPWLO Terrestrial Reference Frame (TRF) coordinates of the antennas were estimated. Although all tidal displacements are computed from state-of-the-art geophysical models and reduced from the observations a priori to the adjustment, the radial amplitudes from the estimated hourly antenna coordinates can reach up to 1 cm (Kokee, HartRAO, Gilcreek, Westford, Svetloe, and Wettzell). To analyze the high frequency (sub-daily) Earth rotation parameter (HF-ERP) estimates of VieVS during IVS-CONT08, hourly CPWLO ERP were estimated. The Fourier spectra of the hourly VLBI and Global Positioning System (GPS) ERP estimates and the HFERP models during IVS-CONT08 are in a good agreement at prograde and retrograde 12 hours both for length of day (LOD) and polar motion. However, at 24 hour prograde polar motion the amplitude from GPS is larger by about 100 ?as than VLBI and larger by about 160 ?as than HF-ERP models. Additionally, VieVS LOD and polar motion estimates are noisier than from GPS. This may be due to the fact that no relative constraints between the CPWLO ERP estimates in VLBI analysis were introduced. The estimation of hourly source coordinates was rather intended as test study. As long as hourly CPWLO coordinates of two sources are estimated and the remaining sources are fixed to their a priori Celestial Reference Frame (CRF) i coordinates, parametrization of the Earth Orientation Parameters (EOP) is not critical for the estimated source coordinates. However, investigations on this issue need to be carried out in future, e.g. a lot can be learned from correlations between hourly source coordinates and the observation geometry. The second aim of this thesis, which is also a very good test of the CPWLO estimates of troposphere zenith delays and gradients, is the contribution to combination studies in the framework of the Global Geodetic Observing System (GGOS) of the International Association of Geodesy (IAG) by multi-technique comparison of zenith total delays (ZTD) and troposphere gradients. In the scope of this issue, VLBI VieVS estimates of troposphere ZTD and gradients during IVS-CONT08 were compared with those derived from observations with the GPS, Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS), and water vapor radiometers (WVR) co-located with the VLBI radio telescopes. ZTD and gradients estimated by space geodetic techniques are compared to those computed by ray-tracing through the profiles of various Numerical Weather Models (NWM), such as the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) (all sites), the Japan Meteorological Agency (JMA) and Cloud Resolving Storm Simulator (CReSS) (Tsukuba in Japan), and the High Resolution Limited Area Model (HIRLAM) (European sites). The best inter space geodetic technique agreement of ZTD during IVS-CONT08 is found between the combined IVS and the International GNSS Service (IGS) solutions with a mean standard deviation of about 6 mm over all sites, whereas the agreement with numerical weather models is between 6 and 20 mm. The standard deviations are generally larger at low latitude sites because of higher humidity, and the latter is also the reason why the standard deviations are larger at northern hemisphere stations during IVS-CONT08 in comparison to IVS-CONT02 which was observed in October 2002. The assessment of the troposphere gradients from the different techniques is not as clear because of different time intervals, different estimation properties, or different observable. However, the best inter-technique agreement is found between the IVS combined gradients and the GPS solutions with standard deviations between 0.2 mm and 0.7 mm. As mentioned before all the comparisons and validation tests on the troposphere products during IVS-CONT08 presented in this thesis provide important information with respect to the planned combination and integration of various observing techniques in the framework of the Global Geodetic Observing System (GGOS) of the International Association of Geodesy (IAG).

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