Quality aspects of short duration VLBI observations for UT1 determinations

Abstract

Today geodetic Very Long Baseline Interferometry (VLBI) is the most important technique for the determination of all components of earth rotation. Among all parameters describing the current earth rotation relative to a quasi inertial system the daily earth rotation phase UT1 is the most variable quantity including significant unpredictable variations. Short duration single baseline VLBI sessions, so called Intensive sessions, are carried out regularly since 1985 in order to monitor this phase angle of daily earth rotation with minimized operating expense and contemporary analysis. Due to the importance of a regular and dense UT1 monitoring the International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) established a second baseline for such Intensive observations in 2003. In terms of consistency these two independent Intensive baselines form two unequal UT1 sensors affected by various sources of error. In order to generate a common and consistent UT1 series from both baselines and towards a combination of Intensive UT1 results with those of regular VLBI 24 hours global network sessions, the knowledge of baseline dependent impacts is essential.<br /> In this thesis, the question of consistency and homogeneity of the two independent series of short term single baseline VLBI sessions is approached taking into account the specifics of the VLBI observing technique itself. On the basis of theoretical considerations and empirical studies the error propagation of different impact factors to the final UT1 estimates is verified. Within the framework of these investigations, two special test sessions of parallel observations were designed and carried out in order to allow conclusive empirical studies on the precision of and the systematic effects on the UT1 results from short term VLBI sessions. Although the formal errors of both Intensive series are of equal order of magnitude, significant baseline dependent elements of uncertainty have been identified. These geometry and time dependent impacts affect the relative as well as the absolute accuracy of each Intensive series and have to be kept in mind when merging the results of the two series. At the end, a realistic estimation of the relative and absolute UT1 accuracy of the two different single baseline VLBI series is given. A concise summary of the Intensive specific sources of error helps to detect weak points within the analysis process.

<strong>Qualitätsaspekte von VLBI-Kurzzeitmessungen zur Bestimmung von UT1 </strong> <br /> Die Radiointerferometrie auf langen Basen (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) ist das wichtigste geodätische Beobachtungsverfahren der Gegenwart zur Bestimmung der Erdrotation und das einzige Verfahren mit direktem Bezug zum quasi-inertialen Bezugsrahmen. Unter den Parametern zur Beschreibung der momentanen Drehstellung der Erde im Raum ist die Rotationsphase der täglichen Erddrehung UT1 die bei weitem variabelste Größe mit erheblichen nicht prädizierbaren Anteilen. Kurzzeit-VLBI-Messungen unter Verwendung von nur einer einzelnen langen Basislinie werden seit 1985 zur regelmäßigen Beobachtung von UT1 durchgeführt. Diese sogenannten Intensive-Sessionen ermöglichen ein UT1-Monitoring mit minimalem Aufwand und daher zeitnaher Auswertung. Aufgrund der Wichtigkeit einer regelmäßigen und engmaschigen UT1-Beobachtung wurde im Jahre 2003 durch den International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) eine zweite Basislinie für regelmäßige Intensive-Beobachtungen eingerichtet. Somit werden derzeit zwei unabhängige Basislinien abwechselnd für Intensive-Sessionen genutzt und dadurch ein beinahe tägliches UT1-Monitoring realisiert. Im Hinblick auf die Konsistenz der Ergebnisse stellen diese beiden unabhängigen Basislinien zwei ungleiche Sensoren da, die von verschiedenen Fehlereinflüssen in unterschiedlicher Art und Weise beeinflusst werden. Sollen beide Basislinien also zu einer gemeinsamen UT1 Serie beitragen und obendrein deren Ergebnisse mit denen von regulären 24-stündigen VLBI-Netzmessungen kombiniert werden, müssen basislinienabhängige Fehlereinflüsse bekannt sein und so weit wie möglich reduziert werden.<br /> In dieser Arbeit wird die Frage nach Konsistenz und Homogenität der Ergebnisse der beiden unterschiedlichen Intensive-Serien untersucht unter Berücksichtigung der Besonderheiten des VLBI-Beobachtungsverfahrens. Auf Grundlage von theoretischen Überlegungen und empirischen Untersuchungen werden die Einflüsse unterschiedlicher Fehlerquellen auf die UT1-Ergebnisse beleuchtet und deren Größenordnungen ermittelt. Zu diesem Zweck wurden u.a. zwei spezielle Beobachtungsserien geplant und durchgeführt als Grundlage für aussagekräftige emprirische Untersuchungen zur Genauigkeit und zu den systematischen Effekten der Intensive-UT1-Ergebnisse. Obgleich die formalen Fehler beider Intensive-Serien von ähnlicher Größenordnung sind, wurden erhebliche basislinienabhängige Unsicherheitsfaktoren identifiziert. Diese geometrie- und zeitabhängigen Einflussgrößen betreffen sowohl die relative als auch die absolute Genauigkeit beider Serien. Am Ende der Arbeit steht eine realistische Abschätzung sowohl der relativen also auch der absoluten Genauigkeit beider Intensive-Serien und eine übersichtliche Zusammenstellung ermöglicht es, Schwachstellen im Auswerteprozess zu identifizieren und Verbesserungspotential zu erkennen.