[論文レビュー] Interaction between celestial and terrestrial reference frames and some considerations for the next VLBI-based ICRF

Zinovy Malkin, H. Schuh+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2014

GNSS positioning and interference被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、VLBIに基づく次世代ICRFの改善を図る体系的アプローチを提案する。系統的な誤差の低減のため、強化されたコア源の分布、改善された局所モデル、ITRFへの標準化された接続を検討する。ICRF3およびICRF4実現における、定義源から『コア』源への移行、南半球のカバー範囲拡大、非線形局所運動の高度なモデリングにより、均一な天球分布とミリアーキセコンド未塔の精度を達成することを提唱する。

ABSTRACT

In this paper we outline several problems related to the realization of the international celestial and terrestrial reference frames ICRF and ITRF at the millimeter level of accuracy, with emphasis on ICRF issues. The main topics considered are: analysis of the current status of the ICRF, mutual impact of ICRF and ITRF, and some considerations for future ICRF realizations.

研究の動機と目的

• VLBIベースのICRFにおける継続的な系統的誤差、特に不均一な源分布およびITRFとの相互作用に起因するものに対処する。
• ミリメートルおよびマイクロアーキセコンドレベルでの天球基準枠（ICRF）および地上基準枠（ITRF）の整合性と精度を向上させる。
• 非線形局所運動をモデリングするための標準的で均一な手法を開発し、ICRF解法における誤差を低減する。
• 特に南半球におけるコア源の天球分布を向上させ、位置誤差を低減し、方位安定性を向上させる。
• 改善された観測計画およびマルチベースラインセッションを基盤として、将来のICRF実現（ICRF3およびICRF4）に向けた前向きな戦略を確立する。

提案手法

• ICRF2に類似した全源位置を一括して統一解法で解き、ICRFへの接続は方向性（NNR制約）でのみ行うことで、レガシーバイアスを回避する。
• 『定義源』の代わりに『コア』源という新しい概念を導入し、各ICRF実現とは並行して予備リストを策定する。
• SOPACモデル（線形ドリフト＋ジャンプ＋季節変動＋指数的緩和）を用いて、非線形運動をよりよく表現する局所位置モデリングを実装する。
• 全範囲カバーを目的としたCRF専用観測セッションを実施し、源分布およびデータ品質を向上させる。
• VLBI解法をITRFに接続するためのコア局所のセットを標準化し、解析センター間の一貫性を確保する。
• 定期的なVLBI2010運用を活用し、データ量をICRF2比で50％増加（>4100源、>410コア源）させ、精度向上を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、改善された源分布および解法手法を用いることで、現在のICRFにおける系統的誤差を低減できるか？
• RQ2 基準局所およびITRFモデルの選択が、ICRFの方向性および安定性にどの程度の影響を及えるか？
• RQ3 非線形局所運動（例：地震後緩和、季節的変動）がICRF解法の精度に与える影響は何か？ そして、それらをよりよくモデリングするにはどうすればよいか？
• RQ4 将来のICRF実現において『定義源』から『コア』源に移行することは、誤差分布の均一化および長期的安定性の向上に寄与するか？
• RQ5 ICRF3およびICRF4で天球に近い均一なカバー範囲とミリアーキセコンド未塔の精度を達成するために、どのような観測および処理戦略が必要か？

主な発見

• ICRF2では誤差床を250 μasから40 μasに低減し、軸安定性も約10 μasまで向上したが、不均一な源分布およびITRFとの相互作用に起因する200–250 μasの系統的誤差が依然として残存している。
• ICRF源位置および誤差の分布は依然として極めて不均一であり、北半球のVLBI局所の集中に起因する強いバイアスが見られる。
• 非線形局所運動（特に地震後緩和および季節的高さ変動）は、線形ITRFモデルのみを用いる場合、1 cmを超えるモデリング誤差を引き起こす可能性があり、EOPおよびICRF方向性の著しい劣化を引き起こす。
• SOPACモデル（線形ドリフト＋ジャンプ＋季節変動＋指数的緩和）は、標準ITRFモデルに比べて実際の局所運動を著しくよく再現するが、配布および外挿の課題は依然として残存する。
• ICRF3では、全源数を4100以上、コア源数を410以上に増加させ、南半球カバー範囲の向上と位置誤差の低減を重点的に行う予定である。
• ICRF4は、天球全体にわたり源および位置誤差の分布をほぼ均一にすることを目的とし、定期的なVLBI2010運用および高度な観測計画によりこれを達成可能とし、Gaiaカタログの方向付けに応用可能となる。