Observation strategies for current and future geodetic very long baseline interferometry
Doktorsavhandling, 2018

Geodetic Very Long Baseline Interferometry (VLBI) is an essential technique for space geodesy. It is uniquely capable of simultaneously observing all Earth Orientation Parameters (EOP) and directly giving access to the Earth’s rotation angle (related to Universal Time, UT1). The EOP provide the link between the terrestrial and celestial reference frame. The latter is defined by positions of extra-galactic radio sources observed with geodetic VLBI whereas the terrestrial frame is realised through station positions and velocities. Ongoing phenomena such as the sea-level rise caused by global warming have magnitudes in the millimetre per year range. An accurate global reference frame is therefore crucial for reliably measuring these changes. The Global Geodetic Observing System (GGOS) and its VLBI component, the VLBI Global Observing System (VGOS), are designed to meet these challenges. The transition to the VGOS era brings challenges for all aspects of geodetic VLBI: telescope design, receiver development, recording, data transfer, correlation, observation planning, and analysis. The transition to VGOS involves gradually phasing out the legacy dual- frequency S/X telescopes, while delivering all IVS geodetic products and ensuring the continuity of the time series of geodetic parameters. The VGOS targets include continuous observations and delivery of initial geodetic products in less than 24 hours. This will require a fully automated VLBI analysis chain to make results available in near-real time.
This thesis aims at contributing to the improvement of current geodetic VLBI products and supporting the transition from the legacy S/X systems to observations in the VGOS era. Broadband VGOS observations necessitate upgrades for the receiver chain and the data recording devices. The Onsala Space Observatory (OSO) operated its analogue and a new digital back-end in parallel for almost two years. We present the results from a comparison, in which the new system was found to have no biases w.r.t. the old setup. We also investigate ways to improve the current IVS Intensive sessions. This involves using approaches that have relevance for the upcoming VGOS observations. We present fully automated analysis of INT1 sessions between 2001 and 2015 to investigate different analysis strategies and the impact of mapping functions, the use of auxiliary data, and lack of recent a priori EOP on the UT1-UTC accuracy. Up-to-date a priori polar motion was recognized as a key factor for the accuracy of UT1 estimates. Results from implementation and testing of fully automated robust L1-norm based ambiguity estimation are presented. We find that the L1-norm outperforms least-squares for ambiguity estimation. Lastly, optimal locations for a third station in tag-along mode for INT sessions are determined. We conclude that UT1-UTC WRMS can be reduced to 61 % (INT1) and 67 % (INT2) of the WRMS without the tag-along station. The UT1-UTC was improved significantly even without optimised schedules.

VLBI

automated analysis

Intensives

Earth rotation

VGOS

GGOS

EA-salen, Hörsalsvägen 11, Chalmers
Opponent: Dr. Arthur Niell, MIT/Haystack, Westford, USA

Författare

Niko Petteri Kareinen

Chalmers, Rymd-, geo- och miljövetenskap, Onsala rymdobservatorium, Rymdgeodesi och geodynamik

Experience from geodetic very long baseline interferometry observations at Onsala using a digital backend

Journal of Geodetic Science,; Vol. 5(2015)p. 26-34

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Automated analysis of Kokee–Wettzell Intensive VLBI sessions—algorithms, results, and recommendations

Earth, Planets and Space,; Vol. 67(2015)

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Automated ambiguity estimation for VLBI Intensive sessions using L1-norm

Journal of Geodynamics,; Vol. 102(2016)p. 39-46

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Identifying optimal tag-along station locations for improving VLBI Intensive sessions

Earth, Planets and Space,; Vol. 69(2017)p. 16-

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Radiovågor från avlägsna galaxer, t.ex. kvasarer, observeras med radioteleskop. Dessa objekt är så avlägsna att de kan användas som stabila referenspunkter. När man observerar dessa samtidigt med två eller flera teleskop, samplar och tidstaggar signalerna med hjälp av mycket noggranna klockor, så kallade atomklockor, kan man mäta skillnaden i ankomsttid för signalerna då når fram till de olika teleskopen. Denna tidsskillnad kan sedan analyseras för att t.ex. bestämma avstånden mellan teleskopen. Tekniken kallas geodetisk långbasinterferometri (på engelska Very Long Baseline Interferometry, VLBI).

En av de viktigaste uppgifterna för geodesin är att skapa och upprätthålla noggranna referensramar och koordinatsystem. Geodetisk VLBI är avgörande för att bestämma referensramar över hela jorden, och i rymden, och att knyta samman dessa. Genom att observera radiokällor samtidigt med flera teleskop spridda över hela jorden kan vi bestämma jordens rotationsparameter, d.v.s. rotationsaxens riktning och rotationshastigheten. VLBI-tekniken är unik med sin oöverträffade noggrannhet för att mäta och övervaka dessa parametrar. Dessa används bl.a. för att bestämma en gemensam världstid, vilket är avgörande för t.ex. satellitbaserad navigering såsom GNSS, vilket idag är en del av vardagen.

Geodetisk VLBI befinner sig just nu i övergången till nästa generations observationssystem, som kallas VGOS (VLBI Global Observing System). Nu byggs flera nya teleskop över hela världen, inklusive på Onsala rymdobservatorium, i form av ett par tvillingteleskop. Syftet med VGOS är att kontinuerligt övervaka jordens orientering och tillhandahålla noggranna referensramar med en ännu högre nogrannhet än det är möjligt idag. Detta lägger grunden för positionsbestämning på millimeternivå, vilket är viktigt bland annat för att övervaka viktiga globala geodynamiska fenomen och global miljöförändring, såsom den stigande havsnivån.

I denna avhandling studeras aspekter av befintliga och kommande geodetiska observationsnät för VLBI. En del av övergången till nästa generations VLBI är att uppgradera observationsutrustning. I en studie undersöker vi effekterna av att använda den nya utrustningen och hur det påverkar mätningen av de geodetiska parametrarna. Tre andra studier är inriktade på att förbättra VLBI-observationer över en kort tid, som är utformade för att ge dagliga skattningar av världstiden.

Ämneskategorier

Övrig annan teknik

Annan geovetenskap och miljövetenskap

Geofysik

Multidisciplinär geovetenskap

Infrastruktur

Onsala rymdobservatorium

ISBN

978-91-7597-741-6

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 4422

Utgivare

Chalmers tekniska högskola

EA-salen, Hörsalsvägen 11, Chalmers

Opponent: Dr. Arthur Niell, MIT/Haystack, Westford, USA

Mer information

Senast uppdaterat

2018-05-02