Combination of GNSS and SLR measurements : contribution to the realization of the terrestrial reference frame

par Sara Bruni

Thèse de doctorat en Géodésie

Sous la direction de Zuheir Altamimi et de Susanna Zerbini.

Soutenue le 31-05-2016

à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec l'Universita di Bologna , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec LAboratoire de REcherche en Géodésie (laboratoire) , lareg (laboratoire) et de LAboratoire de REcherche en Géodésie [Paris] / LAREG/IGN (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Combinaison des données GNSS et SLR : contribution à la réalisation du repère de référence terrestre


  • Résumé

    La mise en oeuvre exacte et précise du repère international de référence terrestre (ITRF) est une exigence fondamentale pour le développement des Sciences du Système Terre. La réalisation du référentiel mondial, en fait, concerne directement de nombreux domaines allant de la détermination précise des orbites des satellites, à la calibration des altimètres, à l'évaluation des étalonnages absolus d'antennes satellites pour le Global Navigation Satellite System (GNSS) et la validation des corrections du vecteur du centre de masse pour les véhicules spatiaux portant à bord des rétro-réflecteurs pour la technique de télémétrie laser sur satellite (SLR). En conséquence, toutes les études portant sur les mouvements de la surface de la Terre, y compris les océans et les calottes glaciaires, dépendent étroitement de la disponibilité d'un repère de référence fiable qui est fondamental pour référencer les mesures pertinentes. La réalisation de l'ITRF doit alors être périodiquement mise à jour, afin d'intégrer des nouvelles observations et progrès dans les procédures d'analyse des données et/ou des méthodes de combinaison. Toutes les nouvelles stratégies de calcul doivent viser l'amélioration de la réalisation des paramètres physiques du repère, à savoir l'origine et l'échelle, sur lesquels se fondent de façon critique un grand nombre d'études scientifiques et d'applications civiles. Ce travail se concentre sur le potentiel de combiner les observations GNSS et SLR par leur liens à bord de satellites GPS / GLONASS. En fait, les satellites GNSS équipés de rétro-réflecteurs peuvent être observés par les stations SLR, ce qui permet de déterminer les orbites des satellites à travers les deux signaux : optiques et à micro-ondes. En principe, la connexion inter-technique si réalisée pourrait être exploitée pour le calcul de l'ITRF en place des liens terrestres actuellement utilisés. Ces derniers sont connus pour être aujourd'hui un facteur limitant de la précision du repère en raison de leur distribution inhomogène et de leurs divergences avec les estimations de la géodésie spatiale en conséquence des erreurs systématiques dans les observations. Dans cette étude, la force du lien alternatif en orbite a été soigneusement analysée afin d'évaluer les performances de l'approche de combinaison sélectionnée dans les conditions opérationnelles disponibles. L'investigation porte sur la caractérisation de la précision, de la fiabilité et de la pertinence des paramètres combinés du repère de référence.


  • Résumé

    The accurate and precise implementation of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF) is a fundamental requirement for the development of Earth System Sciences. The actual realization of the reference frame, in fact, directly impacts a number of different tasks ranging from precise satellite orbit determination to altimeter calibration, satellite antenna offset assessment for Global Navigation Satellite System (GNSS) and validation of center of mass corrections for spacecrafts carrying on board retro-reflectors for Satellite Laser Ranging (SLR). As a consequence, all the studies investigating motions of the Earth’s surface, including oceans and ice-sheets, strictly depend on the availability of a reliable TRF that is fundamental for geo-referencing the relevant measurements. ITRF realizations must then be periodically updated, in order to account for newly acquired observations and for upgrades in data analysis procedures and/or combination methods. Any innovative computation strategy should ameliorate the realization of the frame physical parameters, namely the origin and the scale, upon which a number of scientific applications critically rely. This work addresses the potential of combining GNSS and SLR observations via their co-location on board GPS/GLONASS satellites. GNSS vehicles equipped with retro-reflector arrays can be tracked by SLR ground stations, which allows determining the spacecraft orbits by means of both optical and microwave signals. In principle, the inter-technique connection so achieved could be exploited for the computation of the ITRF in place of terrestrial ties. These lasts are known to be currently a limiting factor of the frame accuracy because of their inhomogeneous distribution and of their discrepancies with space geodesy estimates due to technique systematic errors. In this study, the strength of the alternative link in orbit has been thoroughly investigated in order to evaluate the performances of the selected space tie approach under the available operational conditions. The analysis focuses on the characterization of the precision, the accuracy and the pertinence of the combined frame parameters.


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  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-167

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  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Paris). Bibliothèque.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 9312
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