Les GNSS peuvent-ils contribuer à améliorer la définition de l'ITRF ?

Can GNSS contribute to improving the ITRF definition ?

• Auteur / Autrice : Paul Rebischung
• Direction : Zuheir Altamimi, Tim Springer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicole Capitaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zuheir Altamimi, Tim Springer, Nicole Capitaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de référence célestes

Centre de masse

Satellites artificiels en navigation

Résumé

Les systèmes globaux de navigation par satellite (GNSS) jouent un rôle fondamental dans l’élaboration du repère international de référence terrestre (ITRF). Cependant, les GNSS ne se sont jusqu’à présent pas révélés aptes à déterminer de manière fiable l’échelle terrestre ni la position du centre de masse de la Terre (géocentre) et n’ont donc pas contribué à définir l’échelle de l’ITRF ni son origine. L’incapacité des GNSS à déterminer l’échelle terrestre indépendamment de biais conventionnels de centres de phase satellites est un problème bien connu. En revanche, leur incapacité à correctement observer le mouvement du géocentre restait jusqu’alors inexpliquée. Nous avons étudié cette question sous l’angle de la colinéarité entre paramètres d’un ajustement par moindres carrés. Pour prendre en compte plusieurs particularités du problème de la détermination du géocentre par GNSS, un diagnostic de colinéarité généralisé a été développé. Il a ainsi été mis en évidence que la détermination du géocentre par GNSS est sujette à de sérieux problèmes de colinéarité à cause de l’estimation simultanée de décalages d’horloges et de paramètres troposphériques dans les analyses de données GNSS. Différentes pistes ont finalement été étudiées en vue d’une possible future contribution des GNSS à la définition de l’échelle et de l’origine de l’ITRF : l’étalonnage de l’antenne d’au moins un satellite GNSS, l’invariabilité temporelle des biais de centres de phase satellites, l’analyse simultanée de données GNSS acquises par des stations terrestres et des satellites bas, la modélisation d’horloges satellites ultra-stables et la réduction des erreurs de modélisation orbitale.

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) play a fundamental role in the elaboration of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF). However, GNSS have so far not proven able to reliably determine the terrestrial scale nor the location of the Earth’s center of mass (geocenter) and have thus not contributed to defining the ITRF scale nor its origin. The weak ability of GNSS to determine the terrestrial scale apart from conventional satellite phase center offsets is well understood. On the other hand, their inability to reliably monitor geocenter motion was so far not clearly explained. We investigated this question from the perspective of collinearity among the parameters of a least-squares regression. A generalized collinearity diagnosis was therefore developed and allows handling several peculiarities of the GNSS geocenter determination problem. It revealed that the determination of all three components of geocenter motion with GNSS suffers from serious collinearity issues due to the simultaneous estimation of epoch-wise station and satellite clock offsets and of tropospheric parameters in global GNSS data analyses. Several prospects were finally investigated in view of a possible future contribution of GNSS to the definition of the ITRF scale and origin: the antenna calibration of at least one GNSS satellite, the time invariability of the satellite phase center offsets, the simultaneous analysis of GNSS data collected by ground stations and low Earth orbiting satellites, the modelling of ultra-stable satellite clocks and the mitigation of orbit modelling errors.