[論文レビュー] Systematic errors and combination of individual CRF solutions in the framework of the international pilot project for the next ICRF

J. R. Sokolova, Zinovy Malkin|CERN Bulletin|Mar 8, 2007

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 1被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、Celestial Reference Frame (CRF) の精度を向上させるために、個々のVery Long Baseline Interferometry (VLBI) ラジオ源カタログを統合する体系的な手法を提案する。直交関数展開（特にLegendre-Fourier多項式）を用い、8つのIVS Analysis Centerの解における系統的誤差を同定・補正することで、ICRF-Ext.2 に対して天球極オフセット不確実性を5%低減する組み合わせCRF（RSC(PUL)07C02）を構築した。これは、精度と安定性の顕著な向上を示している。

ABSTRACT

A new international Pilot Project for the re-determination of the ICRF was initiated by the International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) in January 2005. The purpose of this project is to compare the individual CRF solutions and to analyze their systematic and random errors with focus on the selection of the optimal strategy for the next ICRF realization. Eight radio source catalogues provided by the IVS Analysis Centers GA, SHAO, DGFI, GIUB-BKG, JPL, MAO NANU, GSFC, USNO were analyzed. In present study, four analytical models were used to investigate the systematic differences between solutions: solid rotation, rotation and deformation (IERS method), and expansion in orthogonal functions: Legendre-Fourier polynomials and spherical functions. It was found that expansions by orthogonal function describe the differences between individual catalogues better than the two former models. Finally, the combined CRF was generated. Using the radio source positions from this combined catalogue for estimation of EOP has shown improvement of the uncertainty of the celestial pole offset time series.

研究の動機と目的

• ICRFの文脈において、個々のラジオ源カタログ間の系統的差をモデル化する手法を評価・比較すること。
• 現在のICRF-Ext.2の実現における系統的誤差を特定すること、特に1995年ICRFからの固定定義源座標が原因で生じる可能性のある誤差を特定すること。
• 個々のカタログおよび既存のICRF解よりも、確率的および系統的精度を向上させる組み合わせラジオ源カタログを構築すること。
• VLBI観測からの天球極オフセット時系列を用いた独立的評価により、組み合わせカタログの品質を検証すること。
• 複数センターのデータ統合と高度な誤差モデル化を基盤とする、将来のICRF実現のための改善戦略を提言すること。

提案手法

• 系統的差を表現するための4つの解析モデルを検証した：剛体回転、変形を伴う回転（IERS手法）、Legendre-Fourier多項式展開、球面調和関数展開。
• 8つのIVS Analysis Center（AUS, BKG, DGFI, GSFC, JPL, MAO, SHAO, USNO）からの入力カタログを、残差座標差を用いて比較し、モデルの性能を評価した。
• 観測された乖離を最もよく適合するため、Legendre-Fourier展開が系統的差を表現する上で最も精度が高かったため、採用された。
• 2段階の統合プロセスを適用した：まず、ICRFに合わせた系統的オフセット補正を施した個々のカタログの重み付き平均による確率的改善。次に、入力カタログとICRF間の平均系統的差を適用する系統的改善。
• 最終的な組み合わせカタログRSC(PUL)07C02は、2002年から2006年までのIVS R1およびR4セッションから天球極オフセット時系列を計算し、IAU2000Aモデルに自由核歪み補正を適用した結果と比較することで検証された。
• 観測されたとモデル化された天球極オフセットのWRMS散乱の統計的比較により、CRFの精度を独立的に測定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代のVLBIラジオ源カタログ間の系統的差を最もよく表現する解析モデルは何か：単純な回転、変形モデル、または直交関数展開か？
• RQ2 ICRF-Ext.2における系統的誤差は、VLBI測地的解における天球極オフセット推定の精度にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 組み合わせラジオ源カタログは、ICRF-Ext.2と比較して天球極オフセット時系列の散乱を顕著に低減できるか？
• RQ4 個々のIVS Analysis Centerの解間の系統的差はどの程度で、処理アルゴリズムにおける潜在的バイアスを示すパターンは何か？
• RQ5 統合プロセスに系統的誤差補正を組み込むことで、現在のICRF-Ext.2よりもより安定的かつ正確なCRFが得られるか？

主な発見

• Legendre-Fourier多項式展開は、個々のラジオ源カタログ間の系統的差をモデル化する上で、単純な回転やIERS変形モデルを上回る精度を示した。
• 組み合わせカタログRSC(PUL)07C02は、ICRF-Ext.2と比較して天球極オフセット時系列のWRMS散乱が5%低減しており、X成分とY成分ともに98 μasであったのに対し、ICRF-Ext.2ではそれぞれ103 μasおよび100 μasであった。
• ICRF-Ext.2と組み合わせ解との間に顕著な系統的差が認められ、ICRF-Ext.2に顕著な系統的誤差が含まれている可能性が示唆された。これは、1995年ICRFからの212個の定義源座標が固定されていることが原因で生じている可能性が高い。
• 系統的改善ステップ（入力カタログとICRF間の平均差を適用）が、残存誤差を低減し、最終的なカタログの精度を向上させる上で不可欠であった。
• VLBIセッションを用いた検証テストにより、組み合わせカタログがより安定的かつ正確な天球極オフセット推定値を提供することが確認され、その品質向上を独立的に裏付ける証拠が得られた。
• 本研究の結論として、将来のICRF実現は、複数センターのデータ統合に加え、直交関数に基づく系統的誤差モデル化を採用すべきであると提言する。