Globální souřadnicové systémy
ICRS a ITRS
J. Kostelecký
Globální (celosvětové)
souřadnicové systémy
• Mohou vznikat až v éře kosmické geodézie,
od 60. let se budují na základě družicových
pozorování:
fotografická, laserová, dopplerovská
interferometrická
• Přesnost souřadnic: 60. léta 20. stol. ~ 30 m
70. léta ~ 1 – 2 m
90. léta ~ 1 dm
Současné globální souřadnicové
systémy
• Mezinárodní nebeský souřadnicový systém
(ICRS) – realizován souřadnicemi kvazarů
• Mezinárodní terestrický souřadnicový
systém (ITRS) – realizován souřadnicemi
stabilizovaných bodů na zemském povrchu
přesnost 2 až 5 cm v jedné souřadnici
1
Vztah mezi ICRS a ITRS (2)
x ITRF  R M R S NP X ICRF
R M  Y  x p X y p 
R S  ZS tUT 1 
N  X    Z  X 
P  Z z Y Z  
Global positioning system - GPS
Určování relativních hodnot souřadnic stanic,
drah družic a EOP z kódových a fázových
měření na permanentních stanicích
2
Satellite Laser Ranging - SLR
určování absolutních souřadnic stanic, drah
družic a EOP pomocí měření vzdáleností
stanice – družice pomocí pulsního laseru
Very Long Baseline Interferometry – VLBI
Určování relativních souřadnic stanic, souřadnic
radiozdrojů a EOP pomocí pozorování
kosmických radiových zdrojů (kvazarů)
Doppler Orbitography and Radiopositioning
Integrated by Satellite - DORIS
Určování drah družic, souřadnic stanic, EOP z
Dopplerovských pozorování
3
Realizace
Realizaci ICRS a ITRS koordinuje Mezinárodní
služba rotace Země a souřadnicových systémů
(Int. Earth Rotation and Coordinate Systems
Service - IERS)
Jednotlivé pozorovací techniky koordinují:
•
•
•
•
International GNSS Service (IGS)
International Laser Ranging Service (SLR)
International VLBI Service (IVS)
International DORIS Service (IDS)
Vztah mezi ICRS a ITRS (1)
• ICRS je vázán na hvězdy (kvazary)
• ITRS je vázán na Zemi
• Vzájemný vztah zprostředkovávají tzv.
parametry orientace Země (Earth
Orientation Parameters - EOP) – precese a
nutace, variace v rotaci Země, pohyb pólu
Vztah mezi ICRS a ITRS (3)
• Vzhledem k tomu, že se pro realizaci
používají kosmické techniky, jsou
pozorování vázána na pohyb družic nebo
souřadnice
ř d i kvazarů
k
ů
• Pohyb družic umíme popsat v ICRS
• Souřadnice kvazarů máme v ICRS
>> ITRS nelze realizovat bez znalosti
(nebo současného určování) EOP
4
International Celestial Reference
System (ICRS)
• Realizace ideálního inerciálního systému pomocí
přesných (chyba 0.0003“) rovníkových souřadnic
mimogalaktických zdrojů pozorovaných pomocí
V
Very
L
Long B
Baseline
li Interferometry
I
f
(VLBI)
• Existují dvě realizace: ICRS a ICRS2 (platný od r.
2010)
Definice os ICRF
• Euklidovský pravoúhlý souřadnicový
systém
– Osa X – leží poblíž jarního bodu ep. J2000
– Osa Z – leží poblíž CEP (ep. J2000)
– Osa Y – doplňuje systém na pravúhlý s kladnou
matematickou orientací
Observační technika ICRF
• Výhradně VLBI (Very Long Baseline
Interferometry)
– Aplikace MNČ na pozorování,
• vnitřní p
parametry
y (pro
(p jednu
j
seanci))
– souřadnice stanic, opravy hodin, nutační parametry,
variace v rotaci, ….
• vnější parametry (pro více seancí)
– relativní souřadnice radiozdrojů, centrační parametry
antén, 252 parametrů, charakterizujících variaci v rotaci
Země způsobenou mořskými slapy
– Radiozdroje mění tvar – přísná kriteria při
volbě kandidátů
5
ICRS
• Interval observací 1979 – 1995
• 1.6 mil. párů měření časového posunu a
jeho změny (viz princip metody)
• cca 650 000 vnitřních parametrů
• 1305 vnějších parametrů
ICRF2
přesnost: rmse 0.002”
6
International Terrestrial
Reference System (ITRS)
Je množina bodů s určenými souřadnicemi
XYZ a časovými
ý změnami (rychlostmi)
rychlostmi
y
)
který realizuje ideální terestrický referenční
systém
• Realizován technikami kosmické geodézie:
VLBI, SLR, LLR, GPS, DORIS, PRARE
Genese ITRF (frame, rámec ITRS)
Name
ITRF0
ITRF88
ITRF89
ITRF90
ITRF91
ITRF92
ITRF93
ITRF94
ITRF96
ITRF97
ITRF2000
ITRF2005
ITRF2008
origin
scale
orientation
BTS87
BTS87
BTS87
ITRF0
ITRF0
ITRF0
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF88
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF89
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF90
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF91
special construction, critized later
SLR + GPS
SLR + GPS + VLBI
NNR wr ITRF92
SLR + GPS
SLR + GPS + VLBI
NNR wr ITRF94
SLR + GPS
SLR + GPS + VLBI
NNR wr ITRF96
SLR
VLBI + SLR
NNR wr NNRNUVEL1A
SLR
VLBI
NNR wr ITRF2000
SLR
VLBI + SLR
NNR wr ITRF2005
Metodika řešení
• Aplikace MNČ
• Až do ITRF2000 se používaly tzv. SSC (set of
station coordinates) z jednotlivých analytických
center a Helmertovou transformací se určovaly
výsledné souřadnice a rychlosti (podproduktem
byly 7p transformační klíče a 7p jejich časových
změn
• Od ITRF2005 jde už o „řádné vyrovnání MNČ“
(kromě souřadnic stanic a jejich časových změn se
určují také EOP)
7
Realizace
Realiza
ce ITRF2005
Datové centrum
časový rozsah dat
Typ dat
IVS
1980.0 - 2006.0
Normální rovnice, denní řešení
ILRS
1992.9 - 2005.9
Kovarianční matice, týdenní řešení
IGS
1996.0 - 2006.0
Kovarianční matice, týdenní řešení
IDS-IGN-JPL
1993.0 - 2006.0
Kovarianční matice, týdenní řešení
IDS-LCA
1993.0 - 2005.8
Kovarianční matice, týdenní řešení
Kombinované řešení normálních rovnic
výsledek: souřadnice a rychlosti stanic +
+ EOP
8
(ITRF2000) - (NUVEL1 after correction)
horizontal shift
70o
65o
60o
latittude
55o
50o
45o
40o
35o
30o
-10o
-5o
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
50o
longitude
2 cm/year
9
Tektonické desky
Plate motions according to NUVEL1-NNR
NOAM
EURA
50o
latitude
PHIL
0o
PCFC
CARB
AFRC
NAZC
AUST
SOAM
-50
50o
ANTA
0o
50o
100o
150o
200o
250o
longitude
5 cm/year
Pohyb euroasijské desky
zhruba 2.7 cm SV za rok
Tektonická deska
300o
350o
vektor posunutí bodu B
B
XB
 = vektor úhlové rotace desky
Realizace
Realiza
ce ITRF2008
Datové centrum časový rozsah dat Typ dat IVS (VLBI) 1980.0 ‐ 2009.0 Normální rovnice ILRS (laser) 1983.0 – 2009.0 Kovarianční matice
IGS (GNSS) 1997.0 – 2009.5 Kovarianční matice
IDS (Doris) (
)
1993.0 ‐ 2009.0 Kovarianční matice
Kombinované řešení normálních rovnic
výsledek: souřadnice a rychlosti stanic +
+ EOP
10
11
12
Download

Globální souřadnicové systémy ICRS a ITRS Globální (celosvětové