Nutation determination by VLBI and GPS techniques

• Auteur / Autrice : Kunliang Yao
• Direction : Nicole Capitaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terre -- Rotation

Systèmes de référence célestes

GPS

Résumé

Le but de cette thèse est d’utiliser indépendamment les observations obtenues par les techniques VLBI et GPS, pour déterminer les nutations de l’axe de la Terre à toutes les fréquences avec la meilleure précision possible. Après avoir présenté les systèmes de référence, les échelles de temps, les paramètres et les modèles, le manuscrit décrit la méthodologie du travail de cette thèse, l’analyse des observations et les résultats obtenus. Dans le cas du VLBI, on a étudié les effets du système de référence et du modèle de précession-nutation afin d’optimiser la détermination de la précession-nutation. On a analysé 5069 observations couvrant une période de plus de trente ans, puis estimé des corrections aux amplitudes des termes de nutation. Dans le cas du GPS, on a d’abord estimé le mouvement du pôle et les corrections de nutation en utilisant comme a priori la solution C04 de l’IERS. Puis, un nouveau logiciel a été développé en environnement Matlab pour estimer les dérivées temporelles de la nutation. L’intégration numérique d’orbites des satellites, a été effectuée dans un système de référence défini par la position du pôle et de l’origine sur l’équateur au début de l’arc, ce qui permet de s’affranchir de l’influence des valeurs a priori de précession-nutation. En analysant 315 360 observations effectuées toutes les 300 s par environ 110 stations, les dérivées temporelles des coordonnées du pôle céleste sont déterminées toute les 6 h pendant 3 ans à partir du 1er janvier 2009. Puis, les corrections de nutation de périodes inférieures à 20 jours sont déduites, pour la première fois par la technique GPS seule, avec une précision de l’ordre de 10 µas

The purpose of this thesis is to use independently observations obtained by VLBI and GPS techniques, to determine the nutation of the Earth’s rotation axis at all frequencies with the best possible accuracy. After presenting the reference systems, timescales, parameters and models, the manuscript describes the methodology of this thesis, the analysis of the observations and the results. In the case of VLBI, we have studied the effects of the reference system and the precession-nutation model in order to optimize the precession-nutation determination; we have analyzed 5069 observations covering a period of more than 30 years and then estimated corrections to the amplitudes of the nutation terms. In the case of GPS, we have firstly estimated the polar motion and nutation corrections using the IERS C04 solution as a priori. Then, a new software has been developed in Matlab to estimate the time derivative of the nutation. The numerical integration of satellite orbit is computed in a reference system defined by the position of the pole and the origin on the equator at the beginning of the arc, which helps to minimize the influence of precession-nutation a priori values. Analyzing 315 360 observations obtained by about 110 stations every 300 s, we have determined the time derivatives of the coordinates of the celestial pole every 6 h for 3 years from 1 January 2009. Then, we have derived the corrections to nutation terms with periods shorter than 20 days, for the first time by the GPS technique only, with a precision of the order of 10 μas