Kombination subtäglicher EOPs€¦ · Kombination subtäglicher EOPs iers/ GPS: Juni 1994-300-200-100 0 100 200 300 400 GPS model subdaily residual 5 7 9 11 13 15 17

Kombination subtäglicher EOPs

Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie

Robert Dill

Markus Rothacher

http://tau.fesg.tu-muenchen.de/~iers/

im Rahmen des Forschungsprogramms

Geotechnologien

Integration der geodätischen Raumverfahren und Aufbau eines Nutzerzentrums

im Rahmen des Internationalen Erdrotationsdienstes (IERS)



GPS:

Juni 1994-300

-200

-100

0

100

200

300

400GPSmodelsubdaily residual

5 7 9 11 13 15 17-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Okt. 1995 Feb. 1997 Juli 1998 Nov. 1999 März 2001

GPSmodelsubdaily residual

September 1999

Xpol GPS

02.01.19995 - 31.12.2000

52584 Epochen

VLBI:

03.01.19995 - 29.12.1999

12464 Epochen

Modell:

a priori Pol IERS Bulletin A

reference subdaily ERP model (Ray 96)

Xpol / Ypol UT1-UTC

∆lod

Daten

2040 gemeinsame Epochen

mas

mas



Problemstellung:

Ziel:



Problemstellung:

Ziel:

- unregelmäßige Zeitreihen mit großen Datenlücken (VLBI)



Problemstellung:

Ziel:


- Ausreißer und schlechtes Signal-/Rauschverhältnis



Problemstellung:

Ziel:



- zeitvariable Offsets und Driften



Problemstellung:

Ziel:




- unterschiedliche Niveaus der Fehler



Problemstellung:

Ziel:





- GPS liefert nur 1. Abl. von UT1



Problemstellung:

Ziel:





- GPS liefert nur 1. Abl. von UT1

Kombination von subtäglichen EOPs aus GPS und VLBI



Kombinationsverfahren: Combined Smoothing J.Vondrak, A.Cepek, 2000: Combined smoothing method and its use in combining Earth

orientaion parameters measured by space techniques.

Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 147, 347-357

Smoothness:

Fidelity to GPS data:

Fidelity to VLBI data:

Combination:






Vorteile: - Kombination ungleichmäßig verteilter Daten

- Nutzung der Fehlerangaben zur Gewichtung

- Unterdrückung hochfrequenten Rauschens

- Variable Optimierung zwischen Exaktheit und Glattheit

- Kombination mit 1. Zeitableitung möglich











Probleme: - lange Zeitreihen führen zu Speicherproblemen mit großen Matrizen

- hochfrequente Anteile werden durch Glättung zu stark gefiltert

- VLBI UT1-UTC bietet zu wenig Stützpunkte für die Integration von GPS ∆lod

("freie" Schwingungen der Lagrange-Polynom-Darstellung)











Probleme: - lange Zeitreihen führen zu Speicherproblemen mit großen Matrizen

- hochfrequente Anteile werden durch Glättung zu stark gefiltert

- VLBI UT1-UTC bietet zu wenig Stützpunkte für die Integration von GPS ∆lod

("freie" Schwingungen der Lagrange-Polynom-Darstellung)

Lösungsansatz: 3 - Schritt - Kombination

- Separation der tieffrequenten Anteile -> Kombination / Eliminierung

- Kombination der hochfrequenten Anteile

- Kombination der tief- und hochfrequenten kombinierten Anteile



3 - Schritt - Kombination:

Reduzierung der Beobachtungsdaten durch

a priori EOPs (IERS Bulletin A) und Gezeitenmodell (Ray 1996)

Ü Bestimmung tieffrequenter Anteile

und Separation.

Angleichung der Fehlerniveaus.

Combined Smoothing

in case of pole: 1 > fGPS, fVLBI = 0

in case of lod: 1 > fGPS > fVLBI > 0

low-frequency variations low-frequency variationsremove remove

Combine low-frequency parts

running mean

reduced

GPS series

reduced

VLBI series

Combined Smoothing

in case of pole: 1 > fVLBI, fGPS = 0

in case of UT1: 1 > fVLBI, fGPS = 0







und Separation.


Ü Kombination der hochfrequenten

Anteile mit sehr schwacher

Glättung.

Combined Smoothing





running mean

Combined Smoothing

in case of pole: fGPS = 1010, fVLBI =1010

in case of UT1: fGPS = 107, fVLBI =108

Combine high-frequency parts

reduced

GPS series

reduced

VLBI series

Combined Smoothing









und Separation.


Ü Kombination der hochfrequenten

Anteile mit sehr schwacher

Glättung.

Ü Substitution der tieffrequenten Anteile.

Combined Smoothing





running mean

Combined Smoothing

in case of pole: fGPS = 1010, fVLBI =1010

in case of UT1: fGPS = 107, fVLBI =108

Resubstitute low-frequency parts

Combine high-frequency parts

reduced

GPS series

reduced

VLBI series

Combined Smoothing





4.976 4.9765 4.977 4.9775 4.978 4.9785 4.979 4.9795 4.98

x 104

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Combined Smoothing: UT1-UTC (VLBI) and ∆LOD (GPS)

UT1-UTC from VLBISmooth combination (f<105)High frequency combination

(f>107)

UT

1 -

UT

C [m

s]

MJD

Combined Smoothing: Glättung vs. hochfrequente Anteile



Combined Smoothing: Eliminierung tieffrequenter Anteile

4.976 4.9765 4.977 4.9775 4.978 4.9785 4.979 4.9795 4.98

x 104

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Combined Smoothing: UT1-UTC and ∆LOD

1-step Combined smoothing fVLBI=108, fGPS=107

UT

1 -

UT

C [m

s]

MJD



Combined Smoothing: Eliminierung tieffrequenter Anteile

4.976 4.9765 4.977 4.9775 4.978 4.9785 4.979 4.9795 4.98

x 104

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Combined Smoothing: UT1-UTC and ∆LOD

1-step Combined smoothing fVLBI=108, fGPS=107

2-step Combined smoothing 1: fVLBI=10-4, fGPS=0 fGPS=103, fVLBI=104

2: like 1-step method

UT

1 -

UT

C [m

s]

MJD



Vergleich der VLBI / GPS Serien mit der kombinierten Serie

VLBI GPS Combination

RMS 0.430 mas 0.303 mas 0.267 mas

mean (σ) 0.084 mas 0.053 mas Xpol

RMS (σ) 0.042 mas 0.029 mas 0.021 mas

RMS 0.512 mas 0.318 mas 0.273 mas

mean (σ) 0.083 mas 0.052 mas Ypol

RMS (σ) 0.053 mas 0.032 mas 0.021 mas

RMS 0.028 ms 0.016 ms

mean (σ) 0.040 ms UT1 - UTC

RMS (σ) 0.027 ms

RMS 0.237 ms 0.198 ms

mean (σ) 0.040 ms ∆lod

RMS (σ)

0.014 ms




5 10 15 20 25 300

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20Spectrum of subdaily Xpol

period [h]

VLBIGPSCombination

Am

plit

ude [m

icro

arc

sec]




5 10 15 20 25 300

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8Spectrum of subdaily UT1-UTC

period (h)

VLBIGPS (∆lod/10)Combination

Am

plit

ude [m

icro

sec]



Schätzung subtägliche Gezeitenanregung aus UT1-UTC

GOT99.2 Ray (1999)

TPX0.2 Egbert (1994) IERS Conv. 1996

Rothacher GPS, complete

Dill GPS, 68 constituents

Dill VLBI, 68 constituents

Dill GPS/VLBI Kombination

mittl. Fehler der Amplituden: 1,79 Dill, GPS

1,31 Dill, Komb

mittl. Fehler der Phase: 17,30 Dill, GPS

12,28 Dill Komb

-10 -5 0 5 10 15 20 25-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

Q1

O1

P1

K1

N2

M2

S2

K2

Gezeitenmodell / Original:

66,9% Dill, GPS

77,6% Dill, Komb



Schätzung subtägliche Gezeitenanregung aus Xpol / Ypol (prograd)

-75 -50 -25 0 25 50 75 100 125

-25

0

25

50

75

100

125

150

Q1

O1

P1

K1

N2

M2

S2

K2

GOT99.2 Ray (1999)

TPX0.2 Egbert (1994) IERS Conv. 1996

Rothacher GPS, complete

Dill GPS, 68 constituents

Dill GPS/VLBI Kombination

mittl. Fehler der Amplituden: 24,0% Dill, GPS

21,5% Dill, Komb

mittl. Fehler der Phase: tägl. 22,06 Dill, GPS

59,34 Dill Komb

halbtägl. 6,37 Dill, GPS

5,99 Dill, Komb

[Fehler der Phase von K1: (32,37) 160,74]

Gezeitenmodell / Original:

58,4% Dill, GPS

68,0% Dill, Komb



51245 51250 51255 51260 51265

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

Combination of subdaily VLBI (UT1-UTC) and GPS (∆lod)

VLBICombination

UT

1-U

TC

[m

s]

MJD



Ausblick:

- Optimierung der Kombinationsparameter

- Untersuchung der verbleibenden / neu aufgetauchten Frequenzen

- Bedeutung der "spikes" in UT1-UTC



Ausblick:




Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit



Ausblick:




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