? A. Pollet IGN/LAREG, GRGS - Recherche

COMBINAISON MULTI-TECHNIQUES AU NIVEAU DES OBSERVATIONS. QUELS AVANTAGES ?A. PolletIGN/LAREG, GRGSLa combinaison des mesures des techniques complémentaires de géodésie spatiale, afin d'obtenirdes produits de meilleure qualité que ceux obtenus par traitements des mesures d'une seule technique, afait ses preuves. Ainsi, le Repère international de référence terrestre (ITRF, en anglais) est le résultatd'une combinaison des solutions individuelles (positions de stations et Paramètres d'orientation de laTerre – EOP pour Earth orientation parameters) obtenues pour les techniques DORIS, GPS, SLR etVLBI (cf. (Altamimi et al., 2007) et Altamimi et al., cet ouvrage).Depuis quelques années, une nouvelle approche de combinaison des techniques est étudiée, àsavoir une combinaison au niveau des observations. A la différence d'une combinaison telle que celledont résultent les différentes versions de l'ITRF, qui est une combinaison au niveau des solutionsindividuelles de chaque technique, celle-ci, comme son nom l'indique, combine directement lesobservations de toutes les techniques (Figure 1).Fig. 1. Deux types de combinaisons : combinaison au niveau des solutions et combinaison au niveau desobservations.Une telle approche présente différents avantages. Le plus immédiat est que le nombre d'étapespour obtenir les résultats est réduit au minimum. Un autre avantage, plus intéressant celui-là, est depouvoir homogénéiser les traitements des mesures des techniques. Ainsi, le même logiciel, les mêmesalgorithmes, et les mêmes modèles sont utilisés pour toutes les techniques. Cela peut toutefois devenir uninconvénient si le logiciel ou les modèles utilisés sont entachés d'erreurs. Enfin, une combinaison auniveau des observations permet l'utilisation d'informations supplémentaires pour relier les techniquesentre elles. C'est ce dernier avantage qui est sans doute le plus important. Prenons par exemple le cas dela traversée de la troposphère par les signaux. Lors d'une combinaison au niveau des solutions, latraversée de la troposphère est traitée indépendamment pour chaque technique. Les signaux émis pardeux instruments positionnés sur un même site géographique sont pourtant perturbés par le même état dela troposphère. Bien qu'il soit théoriquement possible de prendre en compte cela dans une combinaisonBulletin d’information scientifique et technique de l’IGN n° 77 (2011/02) 115

au niveau des solutions, la combinaison au niveau des observations permet de le faire de manièrebeaucoup plus aisée en estimant par exemple des paramètres troposphériques communs aux techniques.L'estimation des EOP peut aussi bénéficier d'une telle combinaison. En effet, prenons parexemple le cas du Temps universel (UT, pour Universal time en anglais). Celui-ci ne peut normalementêtre estimé que par la technique VLBI. En effet, le traitement des données des techniques satellitaires nepermet pas de l'estimer correctement ; ceci vient d'un couplage entre l'angle de rotation de la Terre surelle-même et la longitude du nœud ascendant des orbites des satellites dans les signaux orbitaux. Or, unecombinaison des observations de la technique VLBI et des techniques satellitaires permet, parl'estimation commune des EOP, l'obtention d'une série temporelle de UT de qualité au moins équivalenteà celle obtenue par le traitement des données de la technique VLBI seule, mais avec un échantillonnageplus régulier. Le Tableau 1 présente les valeurs moyennes et les écarts-types pondérés des différences,par rapport à la série de référence IERS 05 C04, des EOP estimés par technique et lors d'unecombinaison au niveau des observations. On constate bien que la combinaison fournit des résultatsd'aussi bonne (voire de meilleure) qualité que la meilleure des techniques individuelles. En ce quiconcerne UT, la série temporelle fournie par combinaison hebdomadaire présente un échantillonnagejournalier régulier sur l'ensemble de la période de traitement ; la technique VLBI seule fournit une sérietemporelle avec un échantillonnage non régulier (environ un tiers d'estimations en moins sur la périodeconsidérée).DORIS GPS SLR VLBI Combinaisonx p 93 ± 521 μas 27 ± 42 μas 78 ± 163 μas -37 ± 188 μas 33 ± 39 μasy p -74 ± 448 μas 1 ± 38 μas 118 ± 221 μas 85 ± 214 μas -2 ± 37 μasUT 10 ± 140 ms 16 ± 260 ms 1 ± 17 ms 4 ± 11 μs 2 ± 10 μsTab. 1. Valeurs moyennes et écarts-types pondérés des différences, par rapport à la série temporelle IERS 05 C04,des EOP (coordonnées du pôle x p et y p, et Temps universel UT) estimés lors des traitements des mesures de latechnique DORIS (respectivement GPS, SLR et VLBI) et lors d'une combinaison des mesures de ces quatretechniques sur une période de 10 semaines.Les combinaisons au niveau des observations fournissent donc des résultats très prometteurs. Ilfaut d'ailleurs noter qu'un groupe de travail international de l'IERS, appelé COL (Combination atobservation level), a été créé à la fin de l'année 2009, sous l'impulsion du Groupe de recherche engéodésie spatiale (GRGS), afin d'étudier plus en détail ce type de combinaison.Pour en savoir plus …Altamimi, Z., X. Collilieux, J. Legrand, C. Boucher (2007) ITRF2005: A new release of the internationalterrestrial reference frame based on time series of station positions and earth orientation parameters . Journal ofGeophysical Research, vol. 112, doi: 10.1029/2007JB004949.Andersen, P. H. (2000) Multi-level arc combination with stochastic parameters. Journal of Geodesy, vol. 74, p.531-551, doi: 10.1007/s001900000115.Coulot, D., P. Berio, R. Biancale, S. Loyer, L. Soudarin, A.-M. Gontier (2007) Towards a direct combination ofspace-geodetic techniques at the measurement level : methodology and main issues. Journal of GeophysicalResearch, vol. 112, doi: 10.1029/2006JB004336.Krügel, M., D. Thaller, V. Tesmer, M. Rothacher, D. Angermann, R. Schmid (2007) Tropospheric parameters:combination studies based on homogeneous VLBI and GPS data. Journal of Geodesy, vol. 81, p. 515-527, doi:10.1007/s00190-006-0127-8.Pollet, A., D. Coulot, N. Capitaine (2011) Towards a combination of space-geodetic measurements. InProceedings of the IAG General Assembly, Buenos Aires, 31 August – 4 September 2009, in press.Thaller, D., M. Krügel, M. Rothacher, V. Tesmer, R. Schmid, D. Angermann (2007) Combined Earthorientation parameters based on homogeneous and continuous VLBI and GPS data. Journal of Geodesy, vol. 81, p.529-541, doi: 10.1007/s00190-006-0115-z.Yaya, P. (2002) Apport des combinaisons de techniques astrométriques et géodésiques à l'estimation des paramètresd'orientation de la Terre. Thèse de doctorat, Observatoire de Paris.Bulletin d’information scientifique et technique de l’IGN n° 77 (2011/02) 116