[论文解读] 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 15

一句话总结

本论文提出了一种系统性方法，用于整合单个甚长基线干涉测量（VLBI）射电源星表，以改进天球参考架（CRF）。通过使用正交函数展开——特别是勒让德-傅里叶多项式——识别并校正了八个IVS分析中心解算结果中的系统性误差，从而得到一个综合CRF（RSC(PUL)07C02），其天极偏移不确定性相比ICRF-Ext.2降低了5%，显著提升了精度与稳定性。

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.

研究动机与目标

• 评估并比较在ICRF背景下建模单个射电源星表之间系统性差异的方法。
• 识别当前ICRF-Ext.2实现中的系统性误差，特别是可能由1995年ICRF中固定定义源坐标引起的问题。
• 构建一个综合射电源星表，使其在随机误差和系统性误差方面均优于单个星表及现有ICRF解算结果。
• 通过利用VLBI观测获得的天极偏移时间序列对综合星表的质量进行独立评估。
• 基于多中心数据融合与先进误差建模，提出未来ICRF实现的改进策略。

提出的方法

• 测试了四种分析模型以表示系统性差异：刚性旋转、带形变的旋转（IERS方法），以及勒让德-傅里叶多项式展开与球谐函数展开。
• 通过残差坐标差异比较了来自八个IVS分析中心（AUS、BKG、DGFI、GSFC、JPL、MAO、SHAO、USNO）的输入星表，以评估模型性能。
• 由于勒让德-傅里叶展开在拟合观测偏差方面表现更优，被选为表示系统性差异的最准确方法。
• 采用两步组合过程：第一步通过加权平均对单个星表进行随机改进，校正其相对于ICRF的系统性偏差；第二步通过应用输入星表与ICRF之间平均系统性差异，实现系统性改进。
• 最终的综合星表RSC(PUL)07C02通过计算2002–2006年IVS R1和R4观测会话的天极偏移时间序列，并与IAU2000A模型（含自由核章动修正）进行比较，完成验证。
• 通过比较观测值与模型值之间WRMS抖动的统计结果，提供了一项独立的CRF精度度量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在现代VLBI射电源星表之间，哪种分析模型最能准确表示系统性差异：简单旋转、形变模型，还是正交函数展开？
• RQ2 ICRF-Ext.2中的系统性误差在多大程度上影响了VLBI大地测量解中天极偏移估计的精度？
• RQ3 与ICRF-Ext.2相比，综合射电源星表能否显著降低天极偏移时间序列的抖动？
• RQ4 各IVS分析中心解算结果之间的系统性差异如何？这些差异揭示了处理算法中潜在偏差的何种模式？
• RQ5 在组合过程中引入系统性误差校正，是否能带来比当前ICRF-Ext.2更稳定、更精确的CRF？

主要发现

• 勒让德-傅里叶多项式展开被证明是建模单个射电源星表之间系统性差异的最准确方法，优于简单旋转和IERS形变模型。
• 综合星表RSC(PUL)07C02在天极偏移时间序列的WRMS抖动方面相比ICRF-Ext.2降低了5%，X和Y分量的WRMS值分别为98 μas，而ICRF-Ext.2对应值为103 μas和100 μas。
• 在ICRF-Ext.2与综合解之间发现了显著的系统性差异，表明ICRF-Ext.2可能包含大量系统性误差，其原因很可能是1995年ICRF中212个定义源坐标被固定所致。
• 系统性改进步骤——即应用输入星表与ICRF之间平均差异——在降低残余误差并提升最终星表精度方面起到了关键作用。
• 利用VLBI会话进行的验证测试表明，综合星表能提供更稳定、更精确的天极偏移估计，为该星表质量的提升提供了独立证据。
• 本研究结论认为，未来ICRF实现应采用多中心数据融合，并结合基于正交函数的系统性误差建模，以实现更高的精度与稳定性。