ATELIER VLBI DU GRGS Session 2 VLBI et repère de référence ...€¦ · Atelier VLBI Session 2 14/03/2017 COMBINAISONS MULTI-TECHNIQUES GRGS (3/8) [COULOT ET AL., 2007, J GEOPHYS

14/03/2017Session 2Atelier VLBI

ATELIER VLBI DU GRGSSession 2

VLBI et repère de référence terrestre

Combinaison multi-techniques – impact du VLBIDavid Coulot & Arnaud Pollet


PLAN

COMBINAISONS MULTI-TECHNIQUES GRGS

NOUVEAUX TYPES DE MESURES VLBI/GNSS

PROJET ANR GEODESIE


COMBINAISONS MULTI-TECHNIQUES GRGS

Attention, aspects COL GRGS pas détaillés ici.En particulier, calculs effectués au SYRTE sur la base des systèmes normaux GRGS.


COMBINAISONS MULTI-TECHNIQUES GRGS (1/8)

HISTORIQUE

Thèse P. Yaya en 2002.

Thèse D. Coulot en 2005.

Thèse A. Pollet en 2011.

Groupe de travail IERS COL (2009-2015).

Thèse M. Zoulida en 2016 (pas de VLBI).

Projet ANR GEODESIE (2017-2020).

Satellite E-GRASP dans la décennie 2020 ?

...



[YAYA, 2002, THÈSE]

Combinaison données d’astrométrie optique (un siècle) et VLBI.

Première combinaison multi-techniques du GRGS.

Période de 3 mois. Techniques DORIS/GPS/LLR/SLR/VLBI.

Estimation des EOP à 6h et 24h avec positions de stations.

Démonstration de l’intérêt de combiner données satellitaires avec VLBI pour UT.



[COULOT ET AL., 2007, J GEOPHYS RES]

Combinaison données DORIS/GPS/SLR/VLBI sur un an.

Estimation des EOP à 6h et 24h avec positions de stations.

Pas de rattachements locaux, ni de paramètres globaux des repères terrestres.

Confirmation de l’intérêt de combiner données satellitaires avec VLBI pour UT.

Nécessité d’utiliser un modèle de combinaison estimant aussi les paramètres globaux.



[POLLET, 2011, THÈSE]

Combinaison données DORIS/GPS/SLR/VLBI sur trois mois.

EOP à 24h et positions de stations hebdomadaires.

Introduction des rattachements locaux et estimation des paramètres globaux du repère.

Référencement des séries temporelles de positions de stations dans l’ITRF2008.



[POLLET, 2014, J GEODESY]

Combinaison données DORIS/GPS/SLR/VLBI sur la campagne CONT08 avec des délais troposphériques zénithaux communs pour les instruments sur les sites de co-localisation. Impact limité sur les positions de stations (DORIS).

Répartition géographique des écart-types des différences entre les séries de délais troposphériques zénithaux estimés (i) en commun dans la combinaison et (ii) avec les seules données de la technique GPS, par site de co-localisation.

Pas de répartition géographique évidente des différences observées.



[POLLET, 2014, J GEODESY]

Moyennes (en bleu) et écart-types (en rouge) des différences entre les séries de délais troposphériques zénithaux estimés (i) en commun dans la combinaison et (ii) avec les seules données de la technique GPS, par site de co-localisation. La partie gauche de la figure correspond aux sites ayant une antenne VLBI et une antenne GPS, la partie droite aux sites ayant une balise DORIS et une antenne GPS.

Pas d’apport d’informations par DORIS. Impact plus important des mesures VLBI, GPS et VLBI permettant une estimation des délais avec des qualités proches.



[TRAVAUX RÉCENTS] COMBINAISONS ET EOPS - PROBLÈME

Combinaison DORIS/GPS/SLR/VLBI

• Arcs d’orbite sur un jour pour GPS et DORIS, sur une semaine pour SLR.

• Estimation des EOPs tous les jours à 12h UTC.

Données VLBI

• Lot 1. Données de la campagne d’observations CONT08.

• Lot 2. Données du lot2 sous-échantillonnées pour recréer des sessions “classiques” (2 sessions journalières par semaine et sessions intensives de 1h par jour avec possibilité de journées sans observations VLBI).

Combinaisons réalisées

• DORIS/GPS/VLBI (lots 1 & 2).

• DORIS/GPS/SLR.

• DORIS/GPS/SLR/VLBI (lots 1 & 2).



[TRAVAUX RÉCENTS] COMBINAISONS ET EOPS - PROBLÈME

Résultats obtenus

• Moyennes et écarts-types des différences entre les séries temporelles d’EOP et la série de référence EOPC04 : identiques pour le Temps Universel, que l’on utilise les données des lots 1 ou 2 pour la technique VLBI.

• Avec les données du lot 2 (données sous-échantillonnées), variations plus importantes sur les paramètres de la nutation. Combiner ces données avec des données GPS pour lesquelles les arcs d’orbite sont calculés de 12h à 12h UTC (et non de 00h à 24h UTC) améliore légèrement les résultats.

• Problème. Les séries temporelles de Temps Universel et de paramètres de nutation sont complètement différentes suivant que l’on utilise le lot 1 (CONT08) ou le lot 2 (données sous-échantillonnées). Cette différence a le même ordre de grandeur que l’écart-type des différences entre les séries obtenues avec toutes les données CONT08 et les séries de référence EOPC04.


NOUVEAUX TYPES DE MESURES VLBI/GNSS

Attention, liste de références non exhaustive !

Suivi des sondes avec des antennes VLBI non abordé dans cette présentation :Mars Explorer NOZOMI : Yoshikawa et al. (2005)Venus Express : Calvés et al. (2010)...

Thématique GRGS ?


NOUVEAUX TYPES DE MESURES VLBI/GNSS (1/4)

OBSERVATIONS VLBI SUR DES SATELLITES GNSS

[Hase, 1999, Proc Wk Mtg Eur VLBI] GPS et VLBI utilisent les mêmes longueurs d’ondes de signaux → utilisation des observations VLBI sur les satellites GPS pour relier repère de référence terrestre GPS et repère de référence céleste. Idée : réception simultanée des signaux des antennes émettrices à bord des satellites GPS au passage d’un voisinage apparent d’un quasar et des ondes émises par le quasar.

Principe des mesures. [Hase, 1999]



OBSERVATIONS VLBI SUR DES SATELLITES GNSS

[Tornatore et al., 2009, Proc Wk Mtg Eur VLBI] Tests de faisabilité de réception de signaux GNSS (bande L) par des systèmes VLBI2010.

[Tornatore et al., 2011, Eur Test Tel Conf] Traitement avec succès de premières observations de satellites GLONASS acquises par deux télescopes VLBI (Medicina, Italie et Onsala, Suède).

[Huang et al., 2011, Chinese Sci Bull] Validation d’orbites de satellites (géostationnaires) du système COMPASS avec des observations VLBI (réseau VLBI chinois).

[Liu et al., 2014, IVS Mtg] Résultats d’une expérience d’observation de satellites GLONASS par l’antenne VLBI de Wettzell (Allemagne) et étude sur la méthode de traitement des données.

[Planck et al., 2014, J Geodesy] Les auteurs ont montré, sur la base de données simulées, que les observations directes de satellites GNSS par VLBI pourraient permettre de déterminer des séries temporelles de positions hebdomadaires avec une répétabilité de quelques millimètres.



SYSTÈMES HYBRIDES GPS/VLBI

[Dickey, 2010, IVS Mtg] Observations directes des signaux des satellites GNSS par des antennes VLBI et développement de systèmes hybrides GPS/VLBI. Antennes GPS et VLBI co-localisées recevant respectivement les signaux des satellites et des quasars. Ces signaux sont enregistrés et corrélés dans une chaîne de traitement de données VLBI pour combiner les deux types de données.

[Kwak et al., 2012, IVS Mtg] Expérience pour 24 heures d’observations pour la ligne de base Koganei-Kashima au Japon → résultats comparables entre données VLBI seules et données hybrides, mais une seule ligne de base courte (109 km).

[Kwak et al., 2015, Proc IAG Symp] Difficultés à acquérir de telles observations et résultats non convaincants en terme de positionnement (expérience pour sept sites répartis globalement).

Principe d’un sytème hybride GPS/VLBI. [Dickey, 2010]

[Kwak et al., 2010]



VERS TOUJOURS PLUS DE PARAMÈTRES COMMUNS

[Hobiger & Otsubo, 2014, J Geodesy] Combinaisons de données GPS et VLBI pendant la campagne d’observations CONT11 avec des paramètres communs (délais troposphériques et paramètres d’horloge – même modèle de variation et biais VLBI-GPS) pour les sites de co-localisation. Le fait de mettre les paramètres d’horloge en commun a très peu d’impact sur la répétabilité des séries temporelles journalières de positions sur les deux semaines de la campagne.


PROJET ANR GEODESIEGEOdetic Data assimilation and EStimation of references for climate change InvEstigation


ÉQUIPE PROJET

D. Coulot, L. Métivier, S. Nahmani, A. Pollet, P. Rebischung

X. Collilieux, F. Tertre

B. Garayt

R. Biancale, J. Laurent-Varin, J.-M. Lemoine, J.-C. Marty, F. Mercier, F. Perosanz,F. Reinquin

F. Deleflie

C. Bizouard, P. Bonnefond, S. Bouquillon,S. Lambert, J.-Y. Richard

B. Meyssignac

G. Wöppelmann

23 personnes – six établissements/laboratoires GRGS


OBJECTIFS ET VERROUS SCIENTIFIQUES (1/4)L'ITRF À L'HORIZON 2020

“The current scientific and societal user requirements are demanding in terms of accuracy, resolution, latency and reliability, and the requirements are expected to increase in the future. The GGOS products must have sufficient accuracy, temporal and spatial resolution, and latency to meet these requirements, which can be achieved by meeting the most demanding requirements. [...] In order to have a frame at least an order of magnitude more accurate than the signal to be monitored, the terrestrial reference frame should be accurate at a level of 1 mm and be stable at a level of 0.1 mm/yr.” [Plag & Pearlman, 2009].

“To achieve the GGOS program goals and support future high-precision geodetic science, the ITRF needs to be robust and stable over many decades. Future scientific objectives drive a target accuracy of 0.1 millimeters per year in the realization of the origin of the ITRF relative to the center of mass of the Earth system and 0.02 parts per billion per year (0.1 millimeters per year) in scale stability.” [NRC, 2010].

L'objectif est d'atteindre l'exactitude d'ensemble de 1 mm en position et 0.1 mm/an en vitesse (soit 1 mm sur 10 ans) requise pour répondre, non seulement aux enjeux concernant la surveillance et la connaissance de la forme et des mouvements de la Terre, mais aussi à nombre d'enjeux concernant le système Terre (surveillance du niveau des mers, de la fonte des glaces, etc.). » [CNES, 2014].

Exactitude et stabilité actuelles pas au niveau requis.


OBJECTIFS ET VERROUS SCIENTIFIQUES (2/4)

RÉFÉRENCES GÉODÉSIQUES ET GÉOSCIENCES

Exigence de qualité doit porter sur l’ensemble des références fournies par la géodésie (repères terrestre et céleste, paramètres d’orientation de la Terre – EOP, orbites des satellites, erreurs systématiques des techniques, etc.).





Enjeu majeur de surveillance du niveau des mers et de compréhension des phénomènes sous-jacents.





Enjeu majeur de surveillance du niveau des mers et de compréhension des phénomènes sous-jacents + enjeux importants en astronomie, géophysique, etc.

Vitesse verticale actuelle du sol (mm/an) induite par le rebond postglaciaire, d’après le modèle ICE-5G.

Séries temporelles (cm) de positions pour une station GPS (itrf.ign.fr).



OBJECTIFS

Démontrer toutes les possibilités offertes par les combinaisons directes d’observations de géodésie spatiale pour déterminer les références requises pour répondre aux enjeux en observation et surveillance du système Terre. Assimilation, avec une méthode spécifique, de toutes les données spatiales disponibles depuis l’avènement de la géodésie spatiale pour les cinq techniques (DORIS, GNSS, LLR, SLR et VLBI), prenant en compte tous les liens possibles entre ces techniques, et fournissant simultanément l’ensemble des références.



OBJECTIFS


Fournir des références de grande qualité aux communautés de recherche en géophysique, océanographie, climat, astronomie et géodésie.



OBJECTIFS



Fournir de même des séries temporelles de niveaux des mers calculées, à partir des mesures d’altimétrie satellitaire et des enregistrements des marégraphes, avec ces références.



OBJECTIFS




Renforcer la position de l’équipe projet et, par extension, du GRGS comme expert mondial sur les combinaisons/assimilations de données spatiales.



OBJECTIFS




Renforcer la position de l’équipe projet et, par extension, du GRGS comme expert mondial sur les combinaisons/assimilations de données spatiales.

Préparer la possible arrivée dans un futur proche de satellites tels que GRASP et E-GRASP.



VERROUS

Données spatiales. Toutes les données spatiales depuis le lancement de Beacon Explorer-B (1964) jusqu’à fin 2016. Modèles et standards nécessaires sur toute la période.

Liens entre les techniques et définition des repères. Utilisation des rattachements spatiaux (satellites dits « multi-techniques »). Utilisation directe des données des rattachements locaux au sol. Utilisation des nouveaux types de mesures VLBI/GNSS. Possible contribution des GNSS à la définition des repères terrestres.

Assimilation de données. Quelle méthode ? Quel modèle stochastique ? Quelle pondération des données ?

Évaluation des références. Validation des choix techniques et scientifiques par simulations. Évaluation des références avec des données et modèles exogènes.

Gauche : rattachement local [Altamimi, comm. pers., 2016].Droite : rattachement spatial sur Jason-2 [Zoulida et al., 2015].


DONNÉES


DONNÉES


DONNÉES

...


ET LE VLBI DANS TOUT ÇA ?!

TOUTES LES MESURES (QUASARS ET GNSS)

Repères célestes (positions des radio-sources) déterminés simultanément aux autres références.

Tâche spécifique “Nouvelles mesures VLBI” sur l’étude d’un possible lien GNSS/VLBI avec les observations sur les satellites GNSS et les systèmes hybrides. Développements dans GINS, expériences de validation, étude d’impact et étude de modèles possibles pour les déformations gravitationnelles des antennes.

Sujet de thèse sur l’impact des nouvelles mesures VLBI (observations des satellites GNSS, systèmes hybrides GPS/VLBI et E-GRASP) sur les références géodésiques. Co-direction : D. Coulot et S. Lambert. Contribution encadrement : A. Pollet et R. Biancale.


QUESTIONS


QUESTIONS ?

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Documents

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